Com 90% de paládio, vidro metálico já está sendo desenvolvido e especialistas afirmam que versões melhores são possíveis de se conseguir
Cientistas canadenses e americanos anunciaram o desenvolvimento do material mais duro e resistente do planeta. Trata-se de um novo vidro metálico, recém-criado através de uma estreita colaboração entre o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, peritos do Departamento de Energia dos EUA (DOE) e o Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). Nos primeiros testes de laboratório, o novo vidro provou ser o material mais resistente conhecido até a presente data, sendo extremamente tolerante ao dano.
Vidro Metálico
Para conseguir isso, os cientistas usaram um micro ligamento incluindo o paládio (um metal muito abundante, que é caracterizado pela sua alta rigidez e excelente resistência), o que ajudou a contrabalançar a fragilidade intrínseca do vidro. Assim, o novo vidro dá uma maior capacidade de resistência, evitando que as rachaduras se espalhem. Como resultado, o vidro aumenta sua plasticidade ao estresse, permitindo no máximo se curvar ao invés de quebrar .
Além do paládio (90%), o novo material inclui fósforo, silício, germânio e prata , e pode chegar a uma espessura de até seis milímetros. Usando esses cinco elementos, cada qual tenta cristalizar à sua própria maneira.
Robert Ritchie é um dos co-autores de um livro que descreve a descoberta. O trabalho, intitulado “Um vidro tolerante ao dano”, foi publicado na última edição da revista Nature Materials. De acordo com o relatório apresentado na revista, este novo vidro é tão forte quanto o aço.
” Tradicionalmente, a resistência e a força eram propriedades exclusivas de outros materiais, o que explica por que esse vidro metálico é tão intelectualmente estimulante “, diz Ritchie.
Esta foi a primeira vez que os cientistas descobriram um material capaz de combinar estes dois elementos, a força e a resistência, com um grau de satisfação elevado. A força refere-se à sua capacidade de suportar peso e a resistência refere-se aos golpes que pode absorver sem se romper.
No entanto, o novo material não apresenta só benefícios. A principal desvantagem é o preço. O seu composto principal, o paládio, vale mais de 19 mil euros por quilograma e, até ao momento, só tem aplicações médicas, como a cura de fraturas ósseas.
Durante o estudo, os cientistas investigaram, também, as propriedades de outros metais, como o alumínio e o ferro, para, no futuro, poderem criar novos materiais mais baratos, baseados no aço.
“Estes resultados marcam a primeira utilização de uma nova estratégia para a fabricação de vidro metálico e acreditamos que podemos usá-lo para fazer o vidro que será ainda mais forte e resistente”, explica o cientista Robert Ritchie.
O especialista tem uma nomeação como cientista no laboratório de Berkeley e também foi o líder dos pesquisadores que realizaram o trabalho na parte da instalação DOE. E hoje trabalha em ciência dos materiais no departamento de engenharia da Universidade da Califórnia em Berkeley (UCB).
Interrupção das trincas
Os materiais vítreos não são exatamente sólidos – eles têm uma estrutura não-cristalina, amorfa, que os torna inerentemente fortes, mas muito quebradiços.
Enquanto a estrutura cristalina dos metais oferece obstáculos microestruturais – como inclusões, contornos de grânulos etc – que inibem a propagação das rachaduras, não há nada na estrutura amorfa de um vidro que interrompa a propagação de uma trinca.
O problema é especialmente sério nos vidros metálicos, onde bandas de cisalhamento individuais podem se formar e se estender por todo o material, o que leva a falhas radicais sob tensões muito pequenas.
Anteriormente, o grupo havia descoberto que a introdução de uma fase cristalina de um metal no vidro era capaz de interromper a propagação das trincas – descobriam assim o “vidro metálico de titânio”, antecessor do vidro metálico atual.
Esta fase cristalina, que assume a forma de padrões dendríticos que permeiam a estrutura amorfa do vidro, funciona como barreiras microestruturais para evitar a propagação da rachadura.
Plasticidade
Neste novo trabalho, a equipe produziu um material de vidro puro, cuja composição química única gera uma ampla plasticidade pela formação de bandas de cisalhamento múltiplas, antes que as bandas individuais se transformem em rachaduras.
As amostras iniciais do novo vidro metálico eram microligas de paládio com silício, fósforo e germânio, que permitiram a fabricação de bastões de vidro de aproximadamente um milímetro de diâmetro.
A adição de prata para o mix permitiu aos pesquisadores expandir a espessura das hastes de vidro para seis milímetros.
As dimensões das peças de vidro metálico são limitadas pela necessidade de esfriar rapidamente os metais líquidos para formar sua estrutura final amorfa, mas os cientistas afirmam que refinamentos na técnica deverão permitir a criação de materiais ainda mais resistentes e fortes.