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Aug 14, 2023

‘Avanço’ chinês permite fazer ligas com diversos metais em temperaturas mais baixas

ktsimage/iStock Ao se inscrever, você concorda com nossos Termos de Uso e Políticas. Você pode cancelar a assinatura a qualquer momento. Pesquisadores da Faculdade de Química e Ciências Moleculares da Universidade de Wuhan, na China

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Pesquisadores da Faculdade de Química e Ciências Moleculares da Universidade de Wuhan, na China, alcançaram um “avanço” significativo na ciência dos materiais que permite que ligas sejam feitas a partir de uma ampla gama de metais e a temperaturas muito mais baixas do que os métodos convencionais, informou o South China Morning Post. relatado. A descoberta envolve nada mais do que adicionar o metal gálio à mistura.

Desde a Idade do Bronze, as ligas contribuíram para o avanço da nossa civilização. As aplicações modernas de ligas envolvem a criação e fabricação de ligas de alta entropia (HEAs) compostas por cinco ou mais elementos metálicos.

HEAs são altamente resistentes ao desgaste e encontraram aplicações em áreas como aeroespacial, conversão e armazenamento de energia e equipamentos medicinais. No entanto, a criação de HEA é um assunto que consome muita energia, exigindo temperaturas de até 3.632 Fahrenheit (2.000 graus Celsius). No entanto, isto não garante a sua formação, uma vez que os átomos metálicos podem ser altamente incompatíveis.

Os métodos convencionais de produção de HEAs envolvem o aquecimento dos elementos componentes a temperaturas de cerca de 3.000 Fahrenheit e, em seguida, resfriá-los rapidamente antes de misturá-los. No entanto, a abordagem não funciona sempre, uma vez que os cinco elementos podem discordar entre si e dividir a liga, tal como um grupo de cinco pessoas com naturezas e personalidades diferentes.

Uma equipe de pesquisa liderada por Fu Lei, professor da Universidade de Wuhan, descobriu que a adição de gálio à mistura da liga pode reduzir as temperaturas de preparação para até 650 Celsius (1.200 Fahrenheit).

O gálio tem uma temperatura de fusão de apenas 85 Fahrenheit (~30 Celsius). Isso significa que o metal simplesmente derreterá se for segurado na palma da sua mão. No entanto, os pesquisadores usaram-no como meio de reação e adesivo em uma preparação de liga e encontraram alguns resultados interessantes.

O mundo científico conhece o gálio há séculos, e sua capacidade de retornar à sua forma original até inspirou a ficção científica de metal líquido autocurável em filmes como Terminator. No entanto, a descoberta feita por Fu e sua equipe era boa demais para acreditar.

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Na verdade, a descoberta foi feita há dois anos, mas não foi divulgada porque não foi possível concluir uma revisão científica por pares. Até mesmo revisores de revistas como a Nature acharam a descoberta inacreditável e queriam ver mais provas do processo antes de aceitar o manuscrito.

A equipe então conduziu experimentos e cálculos adicionais para ajudar a uma explicação mais rigorosa do mecanismo subjacente. Eles também descobriram que as ligas feitas com essa abordagem não eram diferentes daquelas feitas com métodos convencionais.

Os pesquisadores explicam agora que o aquecimento de metais compatíveis com gálio resulta no crescimento espontâneo de nanopartículas cristalinas de HEA. Eles também foram capazes de sintetizar ligas com uma ampla gama de metais que as abordagens convencionais não conseguiram fornecer.

Esta não é a primeira vez que pesquisadores da China são os primeiros a promover a ciência dos materiais. Recentemente, outro grupo de pesquisadores da Universidade de Tsinghua demonstrou um revestimento de metal líquido que um dia poderá ser usado em robôs macios.

Nanopartículas de liga de alta entropia (HEA-NPs) apresentam grande potencial como materiais funcionais . Porém, até o momento, as ligas de alta entropia realizadas têm sido restritas a paletas de elementos semelhantes, o que dificulta muito o projeto do material, a otimização de propriedades e a exploração mecanística para diferentes aplicações . Aqui, descobrimos que o metal líquido dotando entalpia de mistura negativa com outros elementos poderia fornecer uma condição termodinâmica estável e atuar como um reservatório de mistura dinâmica desejável, realizando assim a síntese de HEA-NPs com uma gama diversificada de elementos metálicos em condições de reação suaves. Os elementos envolvidos têm uma ampla gama de raios atômicos (1,24–1,97 Å) e pontos de fusão (303–3.683 K). Também percebemos as estruturas de nanopartículas fabricadas com precisão por meio do ajuste de entalpia de mistura. Além disso, o processo de conversão em tempo real (isto é, de metal líquido para HEA-NPs cristalinos) é capturado in situ, o que confirmou um comportamento dinâmico de fissão-fusão durante o processo de formação de liga.