Cientistas dos EUA provam que o metal pode curar-se sozinho

Cientistas da Universidade Texas A&M e dos Laboratórios Nacionais Sandia, no Novo México, observaram rachaduras e fusão de metais, em uma descoberta que pode abrir caminho para máquinas, veículos e pontes auto-reparáveis.

Publicada na revista científica Nature, a pesquisa mostra que o metal pode auto-reparar fissuras microscópicas que se formam quando o material é submetido repetidamente a tensões.

Isto é conseguido através de um processo conhecido como soldagem a frio, o que significa que não é necessário calor ou eletricidade.

A descoberta pode ter implicações importantes para a engenharia, argumenta o relatório, já que 90% das falhas mecânicas são resultado da fadiga em componentes metálicos, que ocorre quando tensões repetitivas provocam a formação de fissuras.

Aproveitando o processo de autocura e ajustando a microestrutura dos metais de acordo, os cientistas prevêem que pode ser possível prevenir fissuras por fadiga.

“Gostaríamos de entender como a microestrutura do metal afeta a cura”, disse Michael J Demkowicz, professor da Texas A&M e co-autor principal do estudo.

"Armados com esse conhecimento, podemos imaginar a microestrutura sob medida para aproveitar a autocura em aplicações tecnológicas, por exemplo, para criar materiais que sejam mais resistentes aos danos por fadiga", disse ele a Dezeen.

Autocura possível com soldagem a frio

Os cientistas vêm investigando o potencial dos materiais autocurativos há algum tempo.

A maioria dos avanços ocorreu no desenvolvimento de plásticos – em projetos como uma “e-skin” autocurativa desenvolvida por cientistas da Universidade do Colorado em Boulder – embora um estudo recente do MIT também tenha descoberto que isso é possível em concreto.

Até agora, a propriedade não havia sido observada em metais sem primeiro aquecê-los.

O estudo mostra que isso pode ser alcançado à temperatura ambiente sob condições de vácuo, em um processo conhecido como soldagem a frio, que é utilizado principalmente em eletrônica e tecnologia de naves espaciais.

Isso ocorre quando duas peças de metal ficam tão próximas que seus átomos são atraídos um pelo outro, causando a fusão de suas superfícies. Isso só é possível se os metais estiverem completamente limpos.

Pesquisadores do Sandia National Laboratories fizeram a descoberta durante testes para ver como se formam rachaduras em pedaços de platina de 40 nanômetros de espessura.

Eles observaram uma rachadura se fundindo novamente, sem deixar vestígios e eventualmente reabrindo em um local diferente.

“Foi absolutamente impressionante assistir em primeira mão”, disse Brad Boyce, cientista da Sandia, à revista Wiley Analytical Science.

“O que confirmamos é que os metais têm a sua própria capacidade intrínseca e natural de se curarem, pelo menos no caso de danos por fadiga à nanoescala”, disse Boyce, que também é co-autor principal do estudo.

Dez anos antes que a pesquisa possa ser colocada em prática

As descobertas comprovam uma tese proposta pela primeira vez por Demkowicz em 2013, quando trabalhava como professor no MIT, com base nos resultados de simulações computacionais produzidas com o então estudante de graduação Guoqiang Xu.

Na época, a dupla não tinha como provar sua teoria. Agora, a pesquisa de Sandia mostrou que a autocura é possível tanto no cobre quanto na platina, e os pesquisadores acreditam que ela também pode ocorrer em outros metais.

O relatório afirma que a descoberta “desafia as teorias mais fundamentais sobre como os engenheiros projetam e avaliam a vida à fadiga em materiais estruturais”.

No entanto, Demkowicz afirma que levará pelo menos uma década até que os conhecimentos possam ser utilizados em aplicação prática.

Os próximos passos serão explorar se o metal pode se autocurar quando exposto ao ar, e não apenas no vácuo, e se o processo é possível para ligas metálicas como o aço.

"As consequências mais importantes a curto prazo são para as teorias fundamentais da fadiga nos metais", disse ele a Dezeen. "Isso terá que ser revisado para levar em conta a cicatrização de fissuras."

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