La observación de la curación del metal confirma la predicción del investigador de Texas A&M

Una grieta microscópica creció en un trozo muy pequeño de platino cuando se sometió a estiramientos repetitivos. El experimento, diseñado para estudiar el crecimiento de grietas por fatiga, continuó según lo previsto durante un tiempo antes de que sucediera algo inesperado. La grieta dejó de crecer y, en cambio, comenzó a acortarse, “curándose” efectivamente.

Un grupo de investigadores de los Laboratorios Nacionales Sandia hizo esta sorprendente observación mientras realizaban experimentos de fractura en metales nanocristalinos. Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista Nature.

Sería razonable pensar, antes de este descubrimiento, que el metal autocurativo era algo que sólo podía encontrarse en la ciencia ficción. El Dr. Michael Demkowicz, profesor del departamento de ingeniería y ciencia de materiales de la Universidad Texas A&M y coautor del estudio reciente, no sostuvo tales suposiciones.

Hace diez años, mientras era profesor asistente en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales del Instituto Tecnológico de Massachusetts, Demkowicz y su alumno predijeron la autocuración de los metales.

“No nos propusimos encontrar curación. Mi alumno, Guoxiang Xu, estaba haciendo simulaciones de fracturas”, dijo Demkowicz. "Accidentalmente observamos una curación espontánea en una de sus simulaciones y decidimos hacer un seguimiento".

Entonces, como ahora, los resultados de 2013 fueron sorprendentes. Demkowicz añadió que él, su alumno y sus colegas se sentían algo escépticos ante la teoría original. Sin embargo, sus modelos de simulación verían muchas reproducciones y ampliaciones por parte de otros investigadores en los años intermedios.

"Quedó claro que las simulaciones no eran erróneas, ya que otros vieron el mismo efecto en su trabajo de modelado", dijo Demkowicz. "Sin embargo, los experimentos estaban fuera de nuestro alcance hasta ahora".

Tanto los modelos de 2013 como el experimento reciente utilizaron metales nanocristalinos que tienen una estructura cristalina, o tamaño de grano, medido en la nanoescala (una millonésima de milímetro). Aunque no se utiliza mucho en aplicaciones de ingeniería, la mayoría de los metales se pueden fabricar de esta forma, según Demkowicz.

Explicó además que los metales nanocristalinos facilitan el estudio de la autocuración porque su pequeño tamaño de grano permite más características microestructurales con las que incluso las grietas pequeñas pueden interactuar.

Ambos estudios encontraron que una de esas características, los límites de grano, puede afectar la curación de la grieta dependiendo de la dirección de migración de los límites en relación con la grieta. Demkowicz añadió que estas características son comunes en muchos metales y aleaciones y pueden manipularse.

"El principal impacto del trabajo actual es sacar la predicción teórica original del tablero de dibujo y mostrar que ocurre en la realidad", dijo Demkowicz. “Aún no hemos empezado a optimizar las microestructuras para su autocuración. Descubrir las mejores modificaciones para promover la autocuración es una tarea desafiante para el trabajo futuro”.

Las posibles aplicaciones de este trabajo podrían variar ampliamente. Demkowicz sugiere que la autocuración podría ser posible en metales convencionales con tamaños de grano más grandes, pero serán necesarias futuras investigaciones.

Una condición común tanto a la teoría de 2013 como al experimento reciente es que ambos se llevaron a cabo en ambientes de vacío, libres de materia extraña. Dicha materia externa podría interferir con la capacidad de las superficies de las grietas para volver a unirse o soldarse en frío. Incluso con esta limitación, aún podrían ser posibles aplicaciones para tecnología espacial o grietas internas que no estén expuestas al aire exterior.

Después de una década de elaboración, la teoría de Demkowicz ha dado sus frutos en el experimento de los Laboratorios Nacionales Sandia. Para el estudio actual, Demkowicz pudo verificar que el fenómeno observado recientemente coincidía con sus modelos de simulación originales.

“Es un experimento asombroso. Sin embargo, creo que también es una gran victoria para la teoría”, afirmó Demkowicz. “La complejidad de los materiales a menudo dificulta la predicción con confianza de nuevos fenómenos. Este hallazgo me da la esperanza de que nuestros modelos teóricos del comportamiento material vayan por el camino correcto”.

Contacto con los medios:Alyson Chapman, [email protected]

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