O que é vidro metálico? - Ashwini Bharathula

Veja a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/what-is-metallic-glass-ashwini-bharathula

Aço e plástico são essenciais para grande parte da nossa infraestrutura e tecnologia. O aço é forte e duro, mas difícil de ser usado em formas complexas. O plástico pode assumir praticamente qualquer forma, mas é fraco e mole. Não seria bom se houvesse um material tão forte quanto o aço mais forte e tão moldável como o plástico? Ashwini Bharathula discute o futuro do vidro metálico.

Lição de Ashwini Bharathula, animação de Tinmouse Animation Studio.

Aço e plástico,

materiais essenciais para grande parte
da nossa infraestrutura e tecnologia

e que têm um conjunto complementar
de pontos fortes e fracos.

O aço é forte e duro,

mas difícil de ser usado
em formas complexas.

O plástico pode assumir
praticamente qualquer forma,

mas é fraco e mole.

Não seria bom se houvesse um material

tão forte quanto o aço mais forte

e tão moldável quanto o plástico?

Muitos cientistas e tecnólogos

estão animados com o relativamente
recente "vidro metálico",

que tem essas propriedades e muito mais.

Assim como os metais, vidros metálicos
são sólidos brilhantes e opacos,

e também conduzem calor e eletricidade.

São mais resistentes
do que a maioria dos metais,

então podem suportar
uma grande quantidade de peso

sem serem dobrados ou amassados,

podendo virar bisturis ultra-afiados,

sistemas eletrônicos ultrafortes,

dobradiças, parafusos e muito mais.

Vidros metálicos também
têm uma capacidade incrível

de armazenar e liberar energia elástica,

o que os torna perfeitos
para artigos esportivos,

como raquetes de tênis,

tacos de golfe

e esquis.

Eles são resistentes à corrosão

e podem assumir formas complexas
com superfícies espelhadas

em uma única etapa de moldagem.

Apesar de sua dureza
em temperatura ambiente,

se for aquecido algumas
centenas de graus Celsius,

ele amolecerá significativamente,

podendo ser deformado
da maneira que quisermos.

Resfrie-o novamente,
e ele recuperará a rigidez.

De onde é que todos esses
atributos maravilhosos vêm?

Basicamente, têm a ver com a estrutura
atômica única do vidro metálico.

Os metais, em sua maioria,
são sólidos cristalinos.

Significa que se ampliasse o suficiente
para ver os átomos individuais,

veria que eles obedecem a um padrão
de organização tridimensional

que se estende
ao longo de todo o material.

O gelo é cristalino,

assim como os diamantes

e o sal.

Se eles forem aquecidos
o suficiente para derreter,

os átomos poderão ziguezaguear livremente
e se mover aleatoriamente,

mas ao serem resfriados de novo,

os átomos se reorganizarão,
restabelecendo a forma cristalina.

Mas e se fosse possível resfriar
um metal derretido tão rápido,

que os átomos não conseguissem
encontrar seu lugar de novo,

de modo que o material fosse sólido,

mas com a estrutura interna caótica
e amorfa de um líquido?

Assim é o vidro metálico.

A vantagem de sua estrutura
é não ter os limites dos grãos

que a maioria dos metais tem.

Esses são os pontos fracos que os tornam
mais suscetíveis a arranhões

ou à corrosão.

O primeiro vidro metálico foi feito
em 1960 a partir de ouro e silício.

Não foi fácil de fazer.

Como os átomos de metal
cristalizam-se rapidamente,

os cientistas tiveram de resfriar
a mistura incrivelmente rápido,

um milhão de Kelvins por segundo,

atirando gotas minúsculas
em placas de cobre frias

ou formando fios ultrafinos.

Na época, vidros metálicos tinham dezenas
ou centenas de micrômetros de espessura,

o que era fino demais
para aplicações mais práticas.

Mas, desde então,
os cientistas descobriram

que ao combinar vários metais
que se misturam espontaneamente,

mas que não conseguem
cristalizar facilmente juntos,

geralmente por terem
tamanhos atômicos muito diferentes,

a mistura cristaliza
muito mais lentamente.

Isso significa que não é preciso
esfriá-la tão rápido,

então o material pode ter maior espessura,
ter centímetros em vez de micrômetros.

Esses materiais são chamados de "vidros
metálicos de grandes volumes" ou BMGs.

Agora existem centenas de BMGs diferentes,

então por que as pontes e os carros
não são feitos disso?

Muitos dos BMGs disponíveis agora
são criados a partir de metais caros,

como paládio e zircônio,
e eles precisam ser realmente puros,

porque qualquer impureza
pode causar cristalização.

Logo, um arranha-céu ou um ônibus espacial
feito de BMG seria astronomicamente caro.

E apesar de sua resistência,

eles ainda não são resistentes
o suficiente para suportar cargas.

Quando são submetidos a muita pressão,
podem quebrar sem aviso prévio,

o que não seria o ideal
para uma ponte, por exemplo.

Mas quando os engenheiros descobrirem
como fazer BMGs de metais mais baratos,

e como torná-los ainda mais resistentes,

para esses supermateriais,
o céu será o limite.