A própria observação da cura do metal confirma a previsão do pesquisador

Uma rachadura microscópica cresceu em um pequeno pedaço de platina quando colocado sob alongamento repetitivo. O experimento, projetado para estudar o crescimento de trincas por fadiga, continuou conforme previsto por um tempo antes que algo inesperado acontecesse. A rachadura parou de crescer e, em vez disso, começou a ficar mais curta, efetivamente “curando-se”.

Um grupo de pesquisadores do Sandia National Laboratories fez esta observação surpreendente enquanto conduzia experimentos de fratura em metais nanocristalinos.As descobertas foram publicadas recentementena revista Natureza.

Seria razoável pensar, antes desta descoberta, que o metal autocurável era algo que só poderia ser encontrado na ficção científica. Michael Demkowicz, professor do departamento de ciência e engenharia de materiais da Texas A&M University e coautor do estudo recente, não fez tais suposições.

Dez anos atrás, quando era professor assistente no departamento de ciência e engenharia de materiais do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Demkowicz e seu aluno previram a autocura em metais.

“Não pretendíamos encontrar a cura. Meu aluno, Guoxiang Xu, estava fazendo simulações de fraturas”, disse Demkowicz. “Observamos acidentalmente a cura espontânea em uma de suas simulações e decidimos fazer o acompanhamento.”

Naquela altura, tal como agora, os resultados de 2013 foram surpreendentes. Demkowicz acrescentou que ele, seu aluno e seus colegas estavam um tanto céticos em relação à teoria original. No entanto, seus modelos de simulação veriam muitas reproduções e expansões por outros pesquisadores nos anos seguintes.

“Ficou claro que as simulações não estavam erradas, já que outros viram o mesmo efeito no seu trabalho de modelagem”, disse Demkowicz. “No entanto, os experimentos estavam fora de alcance até agora.”

Tanto os modelos de 2013 quanto o experimento recente usaram metais nanocristalinos que possuem uma estrutura cristalina, ou tamanho de grão, medido em nanoescala (um milionésimo de milímetro). Embora não seja amplamente utilizado em aplicações de engenharia, a maioria dos metais pode ser produzida nesta forma, de acordo com Demkowicz.

Ele explicou ainda que os metais nanocristalinos facilitam o estudo da autocura porque seu pequeno tamanho de grão permite mais características microestruturais com as quais até mesmo pequenas rachaduras podem interagir.

Ambos os estudos descobriram que uma dessas características, os limites de grão, pode afetar a cura da fissura dependendo da direção da migração dos limites em relação à fissura. Demkowicz acrescentou que essas características são comuns em muitos metais e ligas e podem ser manipuladas.

“O principal impacto do trabalho atual é tirar a previsão teórica original da prancheta e mostrar que ela ocorre na realidade”, disse Demkowicz. “Ainda não começamos a otimizar microestruturas para autocura. Descobrir as melhores alterações para promover a autocura é uma tarefa desafiadora para trabalhos futuros.”

As aplicações potenciais deste trabalho podem variar amplamente. Demkowicz sugere que a autocura pode ser possível em metais convencionais com tamanhos de grãos maiores, mas serão necessárias investigações futuras.

Uma condição comum tanto à teoria de 2013 como à experiência recente é que ambas foram conduzidas em ambientes de vácuo, desprovidos de corpos estranhos. Essa matéria externa pode interferir na capacidade das superfícies de fissuras se unirem ou soldarem a frio. Mesmo com esta limitação, aplicações ainda podem ser possíveis para tecnologia espacial ou fissuras internas que não estão expostas ao ar exterior.

Após uma década de elaboração, a teoria de Demkowicz rendeu dividendos na experiência dos Laboratórios Nacionais Sandia. Para o estudo atual, Demkowicz conseguiu verificar se o fenômeno recentemente observado correspondia aos seus modelos de simulação originais.

“É um experimento incrível. No entanto, acho que também é uma grande vitória para a teoria”, disse Demkowicz. “A complexidade dos materiais muitas vezes torna difícil prever novos fenômenos com confiança. Esta descoberta me dá esperança de que nossos modelos teóricos de comportamento material estejam no caminho certo.”