Ingeniería

Se resuelve el misterio del vidrio metálico

El descubrimiento, efectuado por expertos de la Universidad Johns Hopkins, es la culminación de un proyecto de investigación de dos años de duración. El trabajo representa un importante avance, ya que las herramientas tradicionales para el estudio de los metales cristalinos no funcionan bien con los vidrios metálicos, y se hace necesaria una mejor comprensión de estos materiales.

En los metales convencionales, los átomos cristalizan en un modelo tridimensional uniforme conocido como celosía. Pero hace alrededor de medio siglo que los científicos de los materiales aprendieron a fabricar los metales vítreos, enfriando rápidamente el metal líquido antes de que las configuraciones atómicas interiores se solidificaran y sus átomos tuvieran la oportunidad de colocarse en un modelo de celosía. El nuevo material se describió como amorfo, significando ello que sus átomos parecían estar colocados de un modo irregular, sin el orden característico de los materiales cristalinos. Esta estructura atómica amorfa se encuentra normalmente en otros materiales, como los cristales de las ventanas, pero raramente aparece en metales.

A diferencia de los vidrios para ventanas, los vidrios metálicos no son transparentes o fáciles de fragmentar. Muchos metales tradicionales son fáciles de doblar debido a los defectos (dislocaciones) en su retícula cristalina, pero los vidrios metálicos no tienen ninguna red cristalina y ninguna dislocación, y su desordenada disposición de átomos les da propiedades mecánicas y magnéticas distintivas. Los vidrios metálicos, que normalmente se fabrican de dos o más metales, pueden presentar grandes capacidades de resistencia, tensión elástica y dureza. Otra ventaja es que, como otros materiales dúctiles más débiles, pueden ser fácilmente calentados, ablandados y moldeados en complejas formas.

Vidrio metálico estructura metales
Muestra de vidrio metálico. (Foto: Will Kirk )
A pesar del gran potencial de los vidrios metálicos, los investigadores que los fabrican se han visto entorpecidos por la escasez de conocimientos de las ciencias básicas sobre estos materiales. Los poderosos microscopios electrónicos de transmisión pueden usarse para ver las filas de átomos que se alinean en los metales tradicionales, pero cuando estos instrumentos se usan en un vidrio metálico, la imagen resultante es la de una serie de átomos esparcidos que no forman ningún modelo obvio. Debido al desconocimiento sobre cómo se colocan los átomos en los vidrios metálicos, varios problemas básicos de la ciencia de los materiales, como la deformación de los mismos, permanecen sin resolver.

Los autores de este nuevo estudio descubrieron que los átomos de los vidrios metálicos no se colocan de una manera completamente aleatoria, sino que grupos de entre 7 a 15 átomos tienden a colocarse alrededor de un átomo central, tomando formas tridimensionales denominadas poliedros de Kasper. Se encuentran formas similares en los metales cristalinos, pero en el vidrio metálico estos poliedros están distorsionados y no se alinean en largas filas. En el vidrio metálico, los poliedros se unen entre sí en formas únicas como pequeños racimos a escala nanométrica.


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