Cambridge, Massachusetts — InkDesign News — Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) revelou, em estudo publicado em Nature Communications, que padrões químicos sutis que se formam em ligas metálicas persistem até mesmo após intensos processos industriais, contrariando décadas de pressupostos. O achado sugere um novo princípio físico relevante para engenharia de materiais em setores aeroespacial, nuclear e de semicondutores.
O Contexto da Pesquisa
Por anos, cientistas reconheceram que minúsculos padrões químicos podiam se desenvolver em ligas metálicas, mas predominava a crença de que tais padrões eram irrelevantes ou eliminados durante a fabricação. O objetivo do estudo conduzido pelo MIT era desafiar essa visão, especialmente diante dos avanços recentes nos métodos laboratoriais, que já sugeriam possível influência desses padrões sobre propriedades como resistência, durabilidade e tolerância à radiação.
O professor Rodrigo Freitas, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT, destaca a originalidade da abordagem.
“The conclusion is: You can never completely randomize the atoms in a metal. It doesn’t matter how you process it.”
(“A conclusão é: nunca se pode misturar completamente os átomos de um metal. Não importa o método de processamento.”)— Rodrigo Freitas, Professor Assistente TDK, MIT
Resultados e Metodologia
A equipe utilizou ferramentas avançadas de aprendizado de máquina para simular o movimento de milhões de átomos durante o processamento de metais, reproduzindo etapas industriais como deformação e aquecimento repetidos. Contrariando expectativas, os experimentos mostraram que, mesmo após processos extremos, os átomos não atingiam um estado completamente aleatório. A descoberta levou os pesquisadores a desenvolver modelos computacionais precisos, que revelaram: esses padrões químicos emergem e persistem por influência de defeitos na estrutura cristalina chamados discordâncias.
Os modelos teóricos e simulações demonstraram que estas discordâncias favorecem trocas atômicas específicas, promovendo arranjos químicos discretos, ainda que praticamente invisíveis.
“These defects have chemical preferences that guide how they move. They look for low energy pathways, so given a choice between breaking chemical bonds, they tend to break the weakest bonds, and it’s not completely random.”
(“Esses defeitos têm preferências químicas que orientam seus deslocamentos. Eles buscam caminhos de baixa energia, então, ao escolher entre romper ligações químicas, tendem a romper as mais fracas, e isso não é completamente aleatório.”)— Rodrigo Freitas, Professor Assistente TDK, MIT
Implicações e Próximos Passos
O estudo projeta um novo paradigma para a engenharia de metais, sugerindo que padrões químicos poderiam ser ajustados durante fabricação para otimizar propriedades como resistência, peso ou funcionalidade catalítica. A equipe do MIT está agora mapeando a relação entre etapas industriais e tipos de padrões formados, criando uma ferramenta teórica para projetar novas ligas metálicas.
Segundo os autores, essa abordagem pode revolucionar o design de materiais para setores que dependem de ligas altamente otimizadas, como o aeroespacial ou nuclear. Testes futuros e simulações em diferentes condições industriais são indicados para validar e expandir o modelo proposto.
A pesquisa foi financiada, em parte, pelo U.S. Air Force Office of Scientific Research, MathWorks e o Programa MIT-Portugal. Especialistas preveem que o avanço propiciará investigações aplicadas em diferentes ramos industriais, com especial atenção ao desempenho de metais sob condições de radiação e desgaste intenso.
O próximo passo sugerido pelos autores é disseminar o uso do novo modelo em escalas industriais, permitindo que engenheiros manipulem padrões atômicos como instrumentos de ajuste fino para materiais do futuro. Resultados adicionais são aguardados à medida que parcerias entre pesquisa fundamental e setores industriais avançam.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
