Ao longo dos anos, os cientistas sabem que pequenos padrões químicos podem ser feitos dentro de alogles metálicos, mas a maioria presume que esses padrões se tornaram triviais ou desapareceram durante a produção. Experimentos recentes mostraram que, em condições controladas de laboratório, esses padrões nacionais podem realmente afetar o modo como os metais agem – sua resistência, durabilidade, resistência ao calor e até mesmo o quão bem eles evitam a radiação.
Pesquisadores do MIT descobriram agora que esses sistemas químicos finos continuam em metais produzidos por meio de processos industriais padrão. Uma pesquisa inesperada aponta para um novo princípio físico que explica porque é que estes padrões permanecem.
Publicado em um estudo ComunicaçãoA equipe do MIT detalhou como identificaram e analisaram os padrões, inaugurando sua física potencializada. Eles também criaram um modelo que prevê como esses padrões se formam. Os engenheiros permitem que eles ajustem quaisquer características metálicas para sutilizar quaisquer características metálicas para uso em aplicações espaciais, semicondutoras ou nucleares.
“A conclusão é: você não pode aleatoriamente nenhum átomo de metal. Você não é considerado como você o processa”, explica o professor assistente do TDK, Rodrigo Freitus, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais. “Este é o primeiro artigo que mostra esses estados não incorretos mantidos no metal. Neste ponto, essa ordem química não é algo que controlamos ou prestamos atenção quando fabricamos metal.”
A descoberta do primeiro pesquisador de carreira, Freitus, legalizou a decisão de seguir um problema que muitos outros pareciam já ter resolvido. Ele é o responsável pela ajuda do Programa de Jovens Investigadores do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea dos EUA e pelos esforços cooperativos de sua equipe, incluindo três estudantes do MIT – Mahmudul Islam, Yifan Kau e Killian Sheriff – incluindo autores.
“Tive que lidar com esse problema específico”, disse Friteus porque as pessoas já trabalham nisso há muito tempo. ” “Mas quanto mais eu aprendi sobre isso, mais pesquisadores pensavam sobre isso no cenário de laboratório ideal. Queríamos realizar simulações o mais realistas possível para reproduzir esses processos de fabricação com alta fidelidade. Minha parte favorita deste projeto é como você pode misturá-los, as pessoas não veem isso.”
Da maravilha à teoria
Freitus e sua equipe começaram com uma pergunta simples: com que rapidez os ingredientes se misturam durante o processamento do metal? O pensamento convencional sugeria que chegou um ponto em que o metal se tornou completamente idêntico no nível atômico durante a produção. Eles acreditavam que, ao procurar esse ponto, a sequência nuclear de nível curto poderia ajudar a projetar misturas com diferentes níveis.
Usando ferramentas avançadas de aprendizado de máquina, os pesquisadores simularam como milhões de átomos foram removidos e reorganizados durante o processamento do metal.
“Primeiro fizemos o trabalho de distorcer uma peça de metal”, explicou Friteus. “É uma etapa comum na produção: você enrola o metal e aquece novamente e deixa-o um pouco mais distorcido, para que ele desenvolva sua estrutura favorita Nós fizemos isso Nós fizemos isso e rastreamos a disciplina química
No entanto, o metal não se comporta como esperado. Apesar do processamento extremo, os alogles nunca atingem o estado aleatório. O resultado surpreendeu a equipe, pois uma teoria existente não consegue explicar isso.
“Isso apontava para uma nova parte da física do metal”, escreveram os pesquisadores no papel. “Foi um caso em que a pesquisa aplicada levou a uma descoberta fundamental.”
Para explorar mais, eles criaram um modelo de cálculo altamente dependente para capturar os átomos, medir como a ordem se desenvolveu ao longo do tempo e capturar métodos estatísticos. Através de simulações de movimento molecular em grande escala, eles descobriram como os átomos eram reestruturados durante a distorção e o aquecimento.
O partido observou que alguns sistemas nucleares estavam inesperadamente a altas temperaturas e, mais visivelmente, foram derivados padrões completamente novos que nunca foram vistos fora da produção no mundo real. Eles descreveram esses padrões como “estados distantes do estado”.
Em seguida, eles criaram um modelo simples para reproduzir os principais recursos das simulações. O modelo revela que esses padrões são derivados de defeitos de metais conhecidos como distorção tridimensional irregular de deslocamento em redes nucleares. Quando o metal é deformado, o deslocamento se torce e se desloca, direcionando os átomos próximos para a posição desejada. Anteriormente, os investigadores pensavam que este processo tinha destruído todas as sequências nucleares, mas a equipa do MIT descobriu o oposto: o deslocamento na verdade produz padrões subtis mas estáveis para algumas trocas nucleares.
“Essas falhas têm escolhas químicas que orientam esses defeitos para que elas sejam removidas.” “Eles procuram caminhos de baixa energia, então dando uma escolha na quebra de ligações químicas, eles tendem a quebrar as ligações enfraquecidas e isso não é completamente aleatório. É um estado muito emocionante porque não é algo que você está vendo nos materiais que estamos com nossos corpos, estamos no metal.
Aplicando uma nova teoria
Os pesquisadores estão agora explorando como esses padrões químicos desenvolvem uma ampla gama de termos de produção. O resultado é um mapa que conecta várias etapas de processamento metálico a vários padrões químicos metálicos.
Até hoje, essa ordem química e as características que ela sintoniza têm sido consideradas principalmente como assuntos acadêmicos. Com este mapa, os pesquisadores esperam que os engenheiros possam começar a pensar no design desses padrões que podem puxar a nova propriedade durante a produção.
“Os pesquisadores estão analisando como esses sistemas nucleares alteram as características dos metais – uma grande catálise”, o processo que impulsiona as reações químicas do processo. “A química eletrônica ocorre na superfície do metal e é altamente sensível ao layout atômico local
Os pesquisadores já informaram Freitus que o artigo pode ajudar a explicar outros resultados maravilhosos sobre propriedades metálicas e ele está ansioso para passar da pesquisa básica para o campo para os trabalhos mais aplicados de sequências químicas.
“Você pode pensar nas regiões onde precisa de uma mistura muito favorável como o espaço”, disse Friteus. ” “Eles se preocupam com composições muito específicas. A produção avançada agora permite combinar metais que normalmente não são misturados por distorção. É importante compreender como os átomos realmente se agitam e se misturam nestes processos, porque é a chave para ganhar energia, por isso pode ser um grande negócio para eles.”
Este trabalho foi apoiado pelo Gabinete de Investigação Científica da Força Aérea dos EUA, Math Works e pelo Programa MIT-Portugal em algumas partes.