O Dr. Michael Demkowitz certa vez previu o fenômeno de autocura dos metais. Este fenômeno foi finalmente observado neste verão, chocando cientistas de todo o mundo. Um pequeno pedaço de platina desenvolveu pequenas rachaduras quando esticado repetidamente. O experimento, projetado para estudar o crescimento de trincas por fadiga, ocorreu conforme planejado por algum tempo. Mas então, algo inesperado aconteceu. As fissuras pararam de crescer e começaram a encurtar, efetivamente “curando-se”.


Nesta representação artística do metal autocurativo em nanoescala descoberto pelos Laboratórios Nacionais Sandia, marcas verdes onde as rachaduras se formam e depois se fundem novamente. A seta vermelha indica a direção da atração que desencadeou acidentalmente esse fenômeno. Fonte: Dan Thompson, Laboratórios Nacionais Sandia

Uma equipe de pesquisadores do Sandia National Laboratories descobriu esse fenômeno incrível enquanto conduzia experimentos de fratura em metais nanocristalinos. As descobertas foram publicadas recentemente na revista Nature.

Antes desta descoberta, era razoável pensar que os metais autocuráveis ​​só poderiam aparecer em romances de ficção científica. Michael Demkowicz, professor do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Texas A&M University e coautor do estudo recente, não pensa assim.

Demkowicz e seus alunos previram as propriedades de autocura do metal há uma década, quando ele era professor assistente no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT.

"Nosso ponto de partida não foi encontrar a autocura. Meu aluno GuoxiangXu estava fazendo simulações de fraturas na época", disse Demkowicz. “Observamos acidentalmente a cura espontânea em uma de suas simulações e decidimos fazer o acompanhamento”.

Naquela época, como agora, os resultados de 2013 foram surpreendentes. Demkowicz acrescentou que ele, seus alunos e colegas estavam um tanto céticos em relação à teoria original. No entanto, seu modelo de simulação foi replicado e ampliado muitas vezes por outros pesquisadores nos anos subsequentes.

“Ficou claro que não havia nada de errado com a simulação porque outros viram o mesmo efeito no seu trabalho de modelagem”, disse Demkowicz.

Tanto o modelo de 2013 quanto os experimentos recentes utilizaram metais nanocristalinos, que possuem estrutura cristalina ou tamanho de grão medido na escala nanométrica (milionésimos de milímetro). Demkowicz disse que embora o metal não seja amplamente utilizado em aplicações de engenharia, a maioria dos metais pode ser fabricada nesta forma.

Ele explicou ainda que os metais nanocristalinos facilitam o estudo da autocura porque seus pequenos tamanhos de grãos podem criar mais características microestruturais com as quais até mesmo pequenas rachaduras podem interagir.

Ambos os estudos descobriram que os limites de grão são uma característica que afeta a cura da fissura, dependendo da direção da migração dos limites de grão em relação à fissura. Demkowicz acrescentou que estas características são comuns em muitos metais e ligas e podem ser controladas.

“O principal impacto do trabalho atual é tirar a previsão teórica original ‘da prancheta’ e mostrar que isso acontece na realidade”, disse Demkowicz. "Ainda não começamos a otimizar a microestrutura de autocura. Descobrir as melhores mudanças para promover a autocura é uma tarefa desafiadora para trabalhos futuros."

As aplicações potenciais deste trabalho podem variar amplamente. Demkowicz acredita que a autocura também é possível em metais tradicionais com tamanhos de grãos maiores, mas são necessárias pesquisas futuras.

A teoria de 2013 e a experiência recente têm uma condição comum: ambas foram conduzidas num ambiente de vácuo, sem qualquer matéria estranha. Esses materiais estranhos podem interferir nas capacidades de colagem ou soldagem a frio da superfície rachada. Mesmo com esta limitação, existem aplicações potenciais na tecnologia aeroespacial ou em fissuras internas que não estão expostas ao ar exterior.

Após uma década de trabalho, a teoria de Demkowicz se concretizou em experimentos nos Laboratórios Nacionais Sandia. No presente estudo, Demkowicz conseguiu verificar se os fenômenos observados recentemente eram consistentes com seu modelo de simulação original.

"É um grande experimento. Mas acho que também é uma grande vitória teórica", disse Demkowicz. "A complexidade dos materiais muitas vezes torna difícil prever novos fenômenos com confiança. Esta descoberta me dá esperança de que nossos modelos teóricos de comportamento dos materiais estejam no caminho certo."