Según los responsables de esta investigación, la estructura atómica de los vidrios metálicos se asemeja al ordenamiento de estas canicas de diferentes tamaños en un frasco. Imagen: marionbirdy / Fotolia.
Las características a escala atómica de los vidrios metálicos concentran hasta el momento múltiples interrogantes. Sin embargo, nuevos datos sobre la estructura nanométrica de estos materiales podrían ayudar a resolver muchas de las preguntas que se hacen los especialistas, gracias a una investigación desarrollada por un grupo de ingenieros de la Universidad de Wisconsin-Madison y de la Universidad Estatal de Iowa, en Estados Unidos. Los resultados de este estudio permitirían mejorar diferentes condiciones de los vidrios metálicos, como por ejemplo su adaptabilidad y ductilidad.
Los expertos se basaron en potentes herramientas de cálculo y en la observación a través de un microscopio electrónico de barrido para realizar sus hallazgos. Los detalles de la investigación se difundieron mediante una nota de prensa de la Universidad de Wisconsin-Madison y en un artículo publicado este 11 de mayo en el medio especializado Physical Review Letters.
Se sabe que la naturaleza fundamental de estas estructuras se sustenta en que la organización de los átomos es desordenada. Según Paul Voyles, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Wisconsin-Madison y líder de la investigación, “los átomos están ordenados como canicas de diferentes tamaños en un frasco, a diferencia del ordenamiento que presentan los huevos en los cartones usados para su almacenamiento, siempre prácticamente idénticos y ordenados de forma regular”.
Hasta hoy, la mayoría de los investigadores sostenían que los átomos en los vidrios metálicos se disponen únicamente como pentágonos. Sin embargo, el equipo de Voyles ha encontrado átomos agrupados en forma de cuadrados y hexágonos, además de los ya conocidos pentágonos.
Los expertos se basaron en potentes herramientas de cálculo y en la observación a través de un microscopio electrónico de barrido para realizar sus hallazgos. Los detalles de la investigación se difundieron mediante una nota de prensa de la Universidad de Wisconsin-Madison y en un artículo publicado este 11 de mayo en el medio especializado Physical Review Letters.
Se sabe que la naturaleza fundamental de estas estructuras se sustenta en que la organización de los átomos es desordenada. Según Paul Voyles, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de Wisconsin-Madison y líder de la investigación, “los átomos están ordenados como canicas de diferentes tamaños en un frasco, a diferencia del ordenamiento que presentan los huevos en los cartones usados para su almacenamiento, siempre prácticamente idénticos y ordenados de forma regular”.
Hasta hoy, la mayoría de los investigadores sostenían que los átomos en los vidrios metálicos se disponen únicamente como pentágonos. Sin embargo, el equipo de Voyles ha encontrado átomos agrupados en forma de cuadrados y hexágonos, además de los ya conocidos pentágonos.
Misterios a escala nanométrica
Pero las nuevas configuraciones se hallan solamente en un pequeño espacio de tan sólo unos pocos nanómetros. De esta forma, fue necesario investigar a escala nanométrica para distinguir un grupo de alrededor de 50 átomos, que se encuentran dispuestos de una manera original con respecto a otros sectores de la estructura.
La medición de la estructura atómica de los vidrios metálicos a esta escala ha sido extremadamente difícil. Los investigadores saben que la longitud que abarca de uno a tres nanómetros es muy difícil de medir experimentalmente, pero es allí esencialmente donde están las novedades y las características sin explorar en experimentos y simulaciones.
Empleando un microscopio electrónico de barrido de última tecnología de la Universidad de Wisconsin-Madison como la ventana a esta estructura a escala nanométrica atómica, los ingenieros e investigadores hallaron datos de suma importancia sobre los vidrios metálicos.
El microscopio puede enfocarse en un espacio de dos nanómetros de diámetro, un tamaño ideal para el examen de los átomos que se estaba requiriendo. La combinación de estos datos experimentales con el empleo de complejos métodos de cálculo permitió arribar a esta nueva visión sobre los vidrios metálicos.
Pero las nuevas configuraciones se hallan solamente en un pequeño espacio de tan sólo unos pocos nanómetros. De esta forma, fue necesario investigar a escala nanométrica para distinguir un grupo de alrededor de 50 átomos, que se encuentran dispuestos de una manera original con respecto a otros sectores de la estructura.
La medición de la estructura atómica de los vidrios metálicos a esta escala ha sido extremadamente difícil. Los investigadores saben que la longitud que abarca de uno a tres nanómetros es muy difícil de medir experimentalmente, pero es allí esencialmente donde están las novedades y las características sin explorar en experimentos y simulaciones.
Empleando un microscopio electrónico de barrido de última tecnología de la Universidad de Wisconsin-Madison como la ventana a esta estructura a escala nanométrica atómica, los ingenieros e investigadores hallaron datos de suma importancia sobre los vidrios metálicos.
El microscopio puede enfocarse en un espacio de dos nanómetros de diámetro, un tamaño ideal para el examen de los átomos que se estaba requiriendo. La combinación de estos datos experimentales con el empleo de complejos métodos de cálculo permitió arribar a esta nueva visión sobre los vidrios metálicos.
Nuevas aplicaciones en un futuro cercano
Los resultados obtenidos permiten esbozar algunos principios generales acerca de la simetría y la agrupación a nanoescala que presentan los vidrios metálicos. Esta información podría ser vital para entender la habilidad de estos materiales para cambiar de forma, como así también para determinar los diferentes elementos que participan en los distintos tipos de estructuras.
Gracias a estos datos, sería posible por ejemplo controlar a los vidrios metálicos para ajustar su composición o la velocidad a la que se enfrían o se calientan, cambiando de esta forma su estructura de acuerdo a las necesidades en cada caso. Estas y otras aplicaciones lograrían ampliar el campo de acción de estos resistentes materiales.
Mientras que los fabricantes aplican ahora los vidrios metálicos principalmente en núcleos de transformadores eléctricos, sus capacidades pueden permitir a futuro el desarrollo de nuevas piezas pequeñas y complejas. A diferencia de las aleaciones metálicas, los vidrios metálicos se puede moldear como el plástico, lo que multiplica en gran medida su ductilidad y adaptabilidad en distintos campos.
Según los investigadores, de aquí a cinco o diez años surgirían nuevas aplicaciones comerciales para los vidrios metálicos, por lo tanto la comprensión de su estructura resulta un punto trascendente. Los usos se concretarían a escala micro o nano, como por ejemplo en nanocables o diminutos motores.
Los resultados obtenidos permiten esbozar algunos principios generales acerca de la simetría y la agrupación a nanoescala que presentan los vidrios metálicos. Esta información podría ser vital para entender la habilidad de estos materiales para cambiar de forma, como así también para determinar los diferentes elementos que participan en los distintos tipos de estructuras.
Gracias a estos datos, sería posible por ejemplo controlar a los vidrios metálicos para ajustar su composición o la velocidad a la que se enfrían o se calientan, cambiando de esta forma su estructura de acuerdo a las necesidades en cada caso. Estas y otras aplicaciones lograrían ampliar el campo de acción de estos resistentes materiales.
Mientras que los fabricantes aplican ahora los vidrios metálicos principalmente en núcleos de transformadores eléctricos, sus capacidades pueden permitir a futuro el desarrollo de nuevas piezas pequeñas y complejas. A diferencia de las aleaciones metálicas, los vidrios metálicos se puede moldear como el plástico, lo que multiplica en gran medida su ductilidad y adaptabilidad en distintos campos.
Según los investigadores, de aquí a cinco o diez años surgirían nuevas aplicaciones comerciales para los vidrios metálicos, por lo tanto la comprensión de su estructura resulta un punto trascendente. Los usos se concretarían a escala micro o nano, como por ejemplo en nanocables o diminutos motores.