Superplasticidade líquida de uma camada de alumina à temperatura ambiente ( vídeo ). Fotografias sequenciais sob um microscópio eletrônico de transmissão (af) mostram o processo de super-tensão e autocura de um óxido sob tensão em um meio com uma pressão parcial de oxigênio de 2 × 10-6 Torr. O óxido é esticado entre duas marcas triangulares brancas. A seta verde na primeira foto mostra a direção do alongamento. Na imagem (g) - a área filtrada e ampliada indicada pelo retângulo laranja na foto (b). A última imagem (h) mostra o comprimento dos óxidos que estão entre os dois marcadores triangulares da fotografia (a).A maioria dos metais, com exceção do ouro, é oxidada no ar na presença de água. Formas de ferrugem na superfície do ferro, manchas na superfície da prata, pátina esverdeada na superfície do cobre ou latão, etc. Com o tempo, esses processos químicos naturais podem enfraquecer o metal, causando rachaduras ou danos estruturais.
Mas vários óxidos específicos são conhecidos, incluindo óxido de cromo, óxido de silício e alumina. Na realidade, essas substâncias não destroem, mas
protegem seus metais / semimetais. Uma fina camada de óxidos é formada na superfície do material (cromo, silício e alumínio) e a oxidação adicional não ocorre.
Os cientistas suspeitam há muito tempo que um filme fino de óxido tem propriedades únicas. Eles não estavam enganados.
Esta é uma propriedade verdadeiramente única e muito interessante desses óxidos, e tem sido de interesse dos cientistas. Afinal, se entendermos como e por quais princípios a formação de tais filmes ocorre, eles podem ser mais efetivamente usados como revestimento protetor, de acordo com um
comunicado de imprensa do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Um filme de Al
2 O
3 pode fornecer tensão absoluta e não perder uma única molécula.
Mas neste caso, os cientistas não estabeleceram a tarefa de desenvolver algum material útil, mas simplesmente queriam ver com seus próprios olhos quais propriedades únicas esses óxidos exibem. Pela primeira vez no mundo, um vídeo foi gravado sobre o comportamento de um filme de Al
2 O
3 em uma superfície de alumínio.
Para fotografar, modificamos o microscópio eletrônico de transmissão padrão (TEM) para capturar a superfície na presença de gases e líquidos arbitrários e o focamos nas pontas das agulhas de alumínio mais finas, soldadas por solda a frio, ou seja, pressão com deformação plástica das superfícies a serem unidas. Após a soldagem, as agulhas foram colocadas em um ambiente agressivo de oxigênio - e começaram a se esticar para os lados. Assim, o material sofreu tensão e oxidação - isso é chamado de "corrosão sob tensão" e, nessas condições, é especialmente interessante observar a formação de trincas.
Ilustração da deformação elástica por alumina em um ambiente agressivoComo se viu, a alumina realmente se deforma como um líquido, exibindo superplasticidade. O revestimento de óxido é estendido junto com a extensão do próprio metal. A uma taxa média de tração, o óxido não forma rachaduras. O vídeo abaixo é gravado com uma taxa mais alta de corrosão por estresse quando o óxido exibe propriedades de "autocura", preenchendo os danos.
Uma fina camada de óxido separa o oxigênio (à direita) dos grãos de alumínio (à esquerda). À medida que o material se estende, a camada de óxido aumenta“Ao contrário do processo tradicional de crescimento de filmes finos ou consolidação de nanoglass, observamos uma fusão contínua de novas ilhas de óxido sem a formação de juntas de vidro-vidro ou ranhuras de superfície, o que indica uma cinética de vidro significativamente acelerada na superfície em comparação com o restante” dizem os cientistas.
A alumina exibe essas propriedades únicas, mesmo em temperatura ambiente, se o filme for suficientemente fino (2-3 nanômetros). O filme é capaz de esticar mais de duas vezes. Tecnicamente, esse material é de vidro, mas demonstra as propriedades de um líquido.
O artigo científico foi
publicado em 28 de fevereiro de 2018 na revista
Nano Letters (doi: 10.1021 / acs.nanolett.8b00068,
pdf ).