O que é vidro metálico? — Ashwini Bharathula

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

O aço e o plástico são essenciais para muitas das nossas infraestruturas e tecnologia. O aço é forte e rijo, mas difícil de modelar intrinsecamente. O plástico pode assumir praticamente qualquer forma, mas é fraco e macio. Não seria bom se houvesse um material tão forte como o aço mais forte e tão maleável como o plástico? Ashwini Bharathula analisa o futuro do vidro metálico.

Lição de Ashwini Bharathula, animação de Tinmouse Animation Studio.

O aço e o plástico.

Estes dois materiais são essenciais

para muitas das nossas
infraestruturas e tecnologia.

e têm um conjunto complementar
de forças e fraquezas.

O aço é forte e rijo,

mas difícil de modelar intrinsecamente,

enquanto o plástico pode assumir
praticamente qualquer forma,

mas é fraco e macio.

Não seria bom se houvesse um material

tão forte como o aço mais forte

e tão maleável como o plástico?

Muitos cientistas e tecnólogos

estão entusiasmados com uma invenção
relativamente recente,

chamada vidro metálico

com as propriedades dos dois
e mais ainda.

Os vidros metálicos têm um aspeto
brilhante e opaco como os metais

e tal como os metais, são bons condutores
do calor e da eletricidade.

Mas são mais fortes
do que a maior parte dos metais,

o que significa que podem
aguentar muitas forças

sem se dobrarem ou partirem,

fazendo bisturis ultra afiados

e estojos eletrónicos ultra fortes,

dobradiças, parafusos,
e muitas outras coisas.

Os vidros metálicos também têm
uma capacidade incrível

de armazenar e libertar energia elástica,

o que os torna perfeitos
para equipamento desportivo,

como as raquetas de ténis,
tacos de golfe e esquis.

São resistentes à corrosão

e podem ser moldados em formas complexas
com superfícies espelhadas

num único processo de moldagem.

Apesar da sua resistência
à temperatura ambiente,

se aumentarmos umas centenas
de graus Celsius,

amolecem significativamente

e podem ser deformados
em qualquer forma que quisermos.

Arrefecendo-os depois,

eles recuperam a sua resistência.

De onde surgem todos estes
atributos espantosos?

Na essência, têm a ver com a estrutura
atómica especial do vidro metálico.

A maior parte dos metais
são cristalinos enquanto sólidos.

Ou seja, se os ampliarmos o suficiente
para vermos os átomos individuais,

eles estarão alinhados
num padrão ordenado, repetitivo

que se estende por todo o material.

O gelo é cristalino

tal como os diamantes

e o sal.

Se os aquecermos o suficiente
para os derretermos,

os átomos podem soltar-se
livremente e moverem-se ao acaso

mas, quando os arrefecemos,

os átomos reorganizam-se,

recuperando o cristal.

E se pudéssemos arrefecer
um metal derretido tão depressa

que os átomos não conseguissem
voltar a encontrar os seus lugares,

de modo que o material
voltasse a ser sólido

mas com uma estrutura interna
caótica, amorfa de um líquido?

O vidro metálico é assim.

Esta estrutura tem ainda o benefício
de não ter limites de grão

que a maioria dos metais têm.

São pontos fracos onde o material
é mais suscetível a fendas

ou à corrosão.

O primeiro vidro metálico
foi feito em 1960,

a partir do ouro e do silício.

Não foi fácil de fazer.

Como os átomos dos metais
cristalizam muito rapidamente,

os cientistas tiveram de arrefecer
a liga extremamente depressa,

um milhão de graus Kelvin por segundo,

disparando minúsculas gotas
em chapas de cobre frias

ou fazendo girar fitas ultrafinas.

Nessa época, os vidros metálicos

só podiam ter dezenas
ou centenas de mícrons,

o que era demasiado fino
para a maior parte de aplicações práticas.

Desde então, os cientistas
conseguiram descobrir

que, se misturassem vários metais
que se misturam entre si livremente

mas não cristalizam facilmente,
quando juntos,

normalmente porque têm dimensões
atómicas muito diferentes,

a mistura cristaliza muito mais devagar.

Isso significa que não é necessário
arrefecê-la tão depressa,

e o material pode ser mais espesso,

com centímetros em vez de mícrons.

Estes materiais chamam-se
vidros metálicos densos, ou BMG.

Se já há centenas de diferentes BMG,

porque é que as nossas pontes
e automóveis não são feitos com eles?

Muitos dos BMG atualmente disponíveis
são feitos de metais caros,

como o paládio e o zircónio,

e têm que ser extremamente puros

porque quaisquer impurezas
podem provocar a cristalização.

Por isso, um arranha-céus
ou um vaivém espacial

feitos de BMG seriam
astronomicamente caros.

E, apesar da sua resistência,

ainda não são suficientemente rijos
para aplicações de grandes cargas.

Quando as forças aumentam,
podem partir-se sem aviso prévio

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

Mas quando os engenheiros descobrirem
como fazer BMG com metais mais baratos,

e como torná-los ainda mais resistentes,

para estes super materiais
o céu é o limite.