Rayas de cebra, manchas de leopardo y otros patrones descubiertos en la piel de aleaciones metálicas congeladas que desafían la metalurgia convencional.
Investigadores de UNSW Sydney han ayudado a descubrir que se producen diversos tipos de patrones en la superficie de las aleaciones de metales solidificados. Imagen de Sciencebrush Design
Los investigadores de UNSW Engineering han ayudado a descubrir diversos tipos de patrones en la superficie de las aleaciones de metales solidificados, tan vívidos como las rayas de una cebra o las manchas de un leopardo.
Los hallazgos, publicados esta semana en la revista Nature Nanotechnology , desafían la metalurgia convencional y podrían conducir a emocionantes avances en futuras aplicaciones electrónicas y ópticas.
Aunque el estudio de patrones a microescala y composiciones de metales y aleaciones, conocido como metalografía, está bien establecido, la investigación sobre el fenómeno de formación de patrones de superficie se ha pasado por alto durante mucho tiempo.
Pero los investigadores de UNSW Sydney y sus colaboradores de la Universidad de Auckland (el Instituto MacDiarmid), RMIT y UCLA ahora han cambiado todo eso, utilizando observaciones de mezclas metálicas de dos componentes, como aleaciones a base de galio que contienen pequeñas cantidades de bismuto.
Estas aleaciones se funden fácilmente en la mano y, por lo tanto, facilitan la observación y el control experimentales.
El Dr. Jianbo Tang, de la Escuela de Ingeniería Química de la UNSW y autor principal del artículo, dijo: “Pudimos observar el proceso de solidificación de la superficie bajo un microscopio óptico ordinario y me asombré cuando vi por primera vez un frente de solidificación en el metal líquido superficie creando patrones sólidos detrás de él.
"Puedes imaginar la escena de un glaciar moviéndose a través de la superficie del océano, pero todo lo que se ve bajo nuestro microscopio es metálico y microscópico".
Usando un microscopio electrónico, se observaron patrones altamente ordenados que incluían rayas alternas, fibras curvas, matrices de puntos y algunos híbridos exóticos de rayas y puntos en la superficie del metal líquido congelado.
Para ver los detalles más finos del 'glaciar metálico', se utilizó microscopía electrónica y los investigadores observaron un caleidoscopio de patrones muy ordenados que incluían rayas alternas, fibras curvas, matrices de puntos y algunos híbridos exóticos de rayas y puntos.
Sorprendentemente, el equipo descubrió que, cuando se forman estos patrones, la abundancia del elemento bismuto de baja concentración en la región de la superficie aumentó mucho. Es este enriquecimiento de la superficie el que desafía los conocimientos metalúrgicos convencionales.
Los investigadores también utilizaron supercomputadoras para simular el proceso y descubrieron que los átomos de bismuto en número pequeño, que aparentemente se movían al azar en un mar de átomos de galio, finalmente se acumulaban en la superficie de la aleación.
El profesor de ingeniería de la UNSW, Kourosh Kalantar-Zadeh, autor correspondiente del estudio, dijo: “Este fenómeno de solidificación de la superficie previamente ignorado mejora nuestra comprensión fundamental de las aleaciones de metales líquidos y sus procesos de transición de fase.
“Además, este proceso de superficie autónomo se puede utilizar como una herramienta de creación de patrones para diseñar estructuras metálicas y crear dispositivos para aplicaciones avanzadas en electrónica y óptica futuras”.
La colaboración entre la UNSW y el Instituto MacDiarmid de Materiales Avanzados y Nanotecnología fue establecida por el Centro de Excelencia del Consejo de Investigación Australiano (ARC) en Tecnologías Futuras de Electrónica de Baja Energía (FLEET).
Fuente: newsroom