Superplasticidad similar a un líquido de una capa de alúmina a temperatura ambiente ( video ). Las fotografías secuenciales bajo un microscopio electrónico de transmisión (af) muestran el proceso de sobretensión y autocuración de un óxido bajo tensión en un medio con una presión parcial de oxígeno de 2 × 10 −6 Torr. El óxido se estira entre dos marcas triangulares blancas. La flecha verde en la primera foto muestra la dirección del estiramiento. En la imagen (g): el área filtrada y ampliada indicada por el rectángulo naranja en la foto (b). La última imagen (h) muestra la longitud de los óxidos que se encuentran entre los dos marcadores triangulares de la fotografía (a).La mayoría de los metales, con excepción del oro, se oxidan en el aire en presencia de agua. Se forma óxido en la superficie del hierro, se mancha en la superficie de la plata, pátina verdosa en la superficie del cobre o el latón, etc. Con el tiempo, estos procesos químicos naturales pueden debilitar el metal y provocar grietas o daños estructurales.
Pero se conocen varios óxidos específicos, incluidos el óxido de cromo, el óxido de silicio y la alúmina. Estas sustancias en realidad no destruyen, sino que
protegen sus metales / semimetales. Se forma una capa delgada de óxidos en la superficie del material (cromo, silicio y aluminio), y no se produce una mayor oxidación.
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que una película delgada de óxido tiene propiedades únicas. No se equivocaron.
Esta es una propiedad verdaderamente única y muy interesante de estos óxidos, y durante mucho tiempo ha sido de interés para los científicos. Después de todo, si entendemos cómo y por qué principios se produce la formación de tales películas, entonces pueden usarse de manera más efectiva como un revestimiento protector, según un
comunicado de prensa del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Una película de Al
2 O
3 puede proporcionar una estanqueidad absoluta y no perder una sola molécula.
Pero en este caso, los científicos no establecieron la tarea de desarrollar algún material útil, sino que simplemente querían ver con sus propios ojos qué propiedades únicas exhiben estos óxidos. Por primera vez en el mundo, se grabó un video del comportamiento de una película de Al
2 O
3 sobre una superficie de aluminio.
Para el disparo, modificamos el microscopio electrónico de transmisión estándar (TEM) para tomar la superficie en presencia de gases y líquidos arbitrarios, y lo enfocamos en las puntas de las agujas de aluminio más delgadas, soldadas por soldadura en frío, es decir, presión con deformación plástica de las superficies a unir. Después de soldar, las agujas se colocaron en un ambiente agresivo de oxígeno y comenzaron a estirarse hacia los lados. Por lo tanto, el material sufrió tanto tensión como oxidación, esto se llama "corrosión bajo tensión", y en tales condiciones es especialmente interesante observar la formación de grietas.
Ilustración de la deformación por tracción de alúmina en un entorno agresivo.Al final resultó que, la alúmina en realidad se deforma como un líquido, exhibiendo superplasticidad. El recubrimiento de óxido se extiende junto con la extensión del metal mismo. A una velocidad de tracción promedio, el óxido no forma grietas. El video a continuación se graba a una mayor tasa de corrosión bajo tensión cuando el óxido exhibe propiedades de "autocuración", lo que llena el daño.
Una fina capa de óxido separa el oxígeno (a la derecha) de los granos de aluminio (a la izquierda). A medida que el material se estira, la capa de óxido se alarga"A diferencia del proceso tradicional de crecimiento de película delgada o consolidación de nanoglass, observamos una fusión perfecta de nuevas islas de óxido sin la formación de juntas de vidrio de vidrio o ranuras superficiales, lo que indica una cinética de vidrio significativamente acelerada en la superficie en comparación con el resto". Los científicos dicen.
La alúmina exhibe estas propiedades únicas incluso a temperatura ambiente si su película es lo suficientemente delgada (2-3 nanómetros). La película puede estirarse más de dos veces. Técnicamente, este material es de vidrio, pero demuestra las propiedades de un líquido.
El artículo científico fue
publicado el 28 de febrero de 2018 en la revista
Nano Letters (doi: 10.1021 / acs.nanolett.8b00068,
pdf ).