A maioria dos metais utilizados para a construção de pontes e arranha-céus, assim como o cobre e ouro usados para formar os fios em microchips, são feitos de cristais, ou seja, matrizes ordenadas de moléculas que formam um padrão de repetição perfeito.
Nestes casos, o material é feito de cristais minúsculos agrupados. Esses cristais muito pequenos proporcionam vantagens significativas na performance, mas o material muitas vezes é instável, pois os cristais tendem a fundir-se e aumentar quando submetidos a calor ou pressão.
Em um artigo, publicado em 24 de agosto, na revista científica Science, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, descrevem como evitar esse problema. Eles criaram ligas formadas por grãos extremamente pequenos - chamados de nanocristais. Estas ligas conservam a sua estrutura nanocristalina, mesmo em situação de calor elevado. Assim, elas são uma grande promessa para materiais de alta resistência estrutural, por exemplo.
A estudante Tongjai Chookajorn, do Departamento de Ciência dos Materiais e Engenharia do MIT, é uma das autoras do artigo e estudou para projetar e sintetizar uma nova classe de ligas de tungsténio com estruturas nanocristalinas estáveis. A outra autora é a estudante Heather Murdoch, que contribuiu com a pesquisa ao encontrar combinações adequadas de metais e as proporções de cada um que renderia ligas estáveis. Elas comprovaram através de testes a estabilidade e as propriedades das ligas com estruturas nanocristalinas.
"Por décadas, pesquisadores e a indústria metalúrgica tentam criar ligas com grãos cada vez menores", explica Christopher Schuh, um dos coautores do projeto. Ele defende que esse estudo pode servir de base para criar ligas de outros metais. "Por exemplo, a liga de tungstênio e titânio que os pesquisadores do MIT desenvolveram e testaram neste estudo é excepcionalmente forte. Pode servir para proteção contra impactos, protegendo maquinário industrial ou militar. Esse é um estudo de caso, mas há potencialmente centenas de ligas que poderíamos fazer", diz Schuh.
De acordo com os pesquisadores, outros materiais nanocristalinos projetados podem ter propriedades importantes, como alta resistência à corrosão. Mas encontrar materiais que permanecerão estáveis com esses grãos de cristal minúsculos seria quase impossível por meio de tentativa e erro, já que o número de combinações é praticamente infinito. O que os autores descobriram é que a chave para projetar ligas nanocristalinas é "encontrar os sistemas nos quais, quando você adiciona um elemento de liga, ele vai para os limites de grãos e os estabiliza", diz Schuh, em vez de ser distribuído uniformemente através do material.
O material de tungsténio-titânio que os pesquisadores sintetizaram, que tem grãos de apenas 20 nanômetros de diâmetro, manteve-se estável durante uma semana a uma temperatura de 1100 graus Celsius. Segundo os pesquisadores, isso significa que a liga pode se tornar um material viável para as mais diversas aplicações, nas quais sua alta resistência ao impacto seria importante.
Julia Weertman, professora de Ciência de Materiais e Engenharia da Universidade de Northwestern, diz que este trabalho "representa um avanço significativo em direção à meta de criação de ligas nanocristalinas que são utilizáveis em temperaturas elevadas." Ela acrescenta essas ligas nanocristalinas estáveis poderiam ser utilizadas na fabricação de motores de aeronaves ou geração de energia.
O trabalho foi financiado pelo Instituto de Pesquisa do Exército dos Estados Unidos.
