El Dr. Michael Demkowitz predijo una vez el fenómeno de autocuración de los metales. Este fenómeno finalmente se observó este verano, sorprendiendo a los científicos de todo el mundo. Una pequeña pieza de platino desarrolló pequeñas grietas cuando se estiró repetidamente. El experimento, diseñado para estudiar el crecimiento de grietas por fatiga, se desarrolló según lo previsto durante algún tiempo. Pero entonces sucedió algo inesperado. Las grietas dejaron de crecer y comenzaron a acortarse, "curándose a sí mismas" de manera efectiva.
Un equipo de investigadores de los Laboratorios Nacionales Sandia descubrió este increíble fenómeno mientras realizaban experimentos de fractura en metales nanocristalinos. Los hallazgos fueron publicados recientemente en la revista Nature.
Antes de este descubrimiento, era razonable pensar que los metales autocurativos sólo podían aparecer en novelas de ciencia ficción. El Dr. Michael Demkowicz, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Texas A&M y coautor del estudio reciente, no lo cree así.
Demkowicz y sus estudiantes predijeron las propiedades de autocuración del metal hace una década mientras él era profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del MIT.
"Nuestro punto de partida no era encontrar la autocuración. Mi alumno GuoxiangXu estaba haciendo simulaciones de fracturas en ese momento", dijo Demkowicz. "Accidentalmente observamos una curación espontánea en una de sus simulaciones y decidimos hacer un seguimiento".
Entonces, como ahora, los resultados de 2013 fueron sorprendentes. Demkowicz añadió que él, sus estudiantes y colegas eran algo escépticos ante la teoría original. Sin embargo, su modelo de simulación fue replicado y ampliado muchas veces por otros investigadores en los años siguientes.
"Estaba claro que la simulación no tenía nada de malo, porque otros habían visto el mismo efecto en su trabajo de modelado", dijo Demkowicz.
Tanto el modelo de 2013 como experimentos recientes utilizaron metales nanocristalinos, que tienen una estructura cristalina o un tamaño de grano medido en la escala nanométrica (millonésimas de milímetro). Demkowicz dijo que si bien el metal no se usa ampliamente en aplicaciones de ingeniería, la mayoría de los metales se pueden fabricar en esta forma.
Explicó además que los metales nanocristalinos facilitan el estudio de la autocuración porque sus pequeños tamaños de grano pueden crear más características microestructurales con las que incluso las grietas más pequeñas pueden interactuar.
Ambos estudios encontraron que los límites de grano son una característica que afecta la curación de las grietas, dependiendo de la dirección de migración de los límites de grano en relación con la grieta. Demkowicz añadió que estas características son comunes en muchos metales y aleaciones y pueden controlarse.
"El principal impacto del trabajo actual es sacar la predicción teórica original 'del tablero de dibujo' y mostrar que sucede en la realidad", dijo Demkowicz. "Realmente no hemos comenzado a optimizar la microestructura de autocuración. Descubrir los mejores cambios para promover la autocuración es una tarea desafiante para el trabajo futuro".
Las posibles aplicaciones de este trabajo podrían variar ampliamente. Demkowicz cree que la autocuración también es posible en metales tradicionales con tamaños de grano más grandes, pero se necesitan más investigaciones.
La teoría de 2013 y el experimento reciente tienen una condición común: ambos se llevaron a cabo en un ambiente de vacío sin ninguna materia extraña. Estos materiales extraños pueden interferir con las capacidades de unión o soldadura en frío de la superficie agrietada. Incluso con esta limitación, existen aplicaciones potenciales en tecnología aeroespacial o en grietas internas que no están expuestas al aire exterior.
Después de una década de trabajo, la teoría de Demkowicz se hizo realidad en experimentos en los Laboratorios Nacionales Sandia. En el estudio actual, Demkowicz pudo verificar si los fenómenos observados recientemente eran consistentes con su modelo de simulación original.
"Es un gran experimento. Pero creo que también es una gran victoria teórica", dijo Demkowicz. "La complejidad de los materiales a menudo hace que sea difícil predecir nuevos fenómenos con confianza. Este descubrimiento me da la esperanza de que nuestros modelos teóricos del comportamiento de los materiales van por el camino correcto".