MADRID, 13 (EUROPA PRESS)

Una clase de materiales que apuntaban a revolucionar todo, desde células solares hasta sartenes, pero cayó en desgracia hace 20 años, podría estar preparada para la resurrección comercial.

Publicado en 'Nature Communications', el estudio dirigido por la Universidad de Michigan (U-M) demuestra una forma de hacer cuasicristales mucho más grandes de lo que era posible antes, sin los defectos que plagaron a los fabricantes anteriores y llevaron a los cuasicristales a ser descartados como una curiosidad intelectual.

"Una razón por la que la industria abandonó los cuasicristales es porque están llenos de defectos", dijo en un comunicado Ashwin Shahani, profesor asistente de la U-M de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería química y autor correspondiente del artículo. "Pero esperamos traer los cuasicristales de vuelta al 'mainstream' y este trabajo sugiere que se puede hacer".

Los cuasicristales, que tienen la estructura ordenada pero no los patrones repetidos de los cristales ordinarios, se pueden fabricar con una variedad de propiedades seductoras. Pueden ser muy duras o muy resbaladizas. Pueden absorber el calor y la luz de formas inusuales y exhibir propiedades eléctricas exóticas, entre muchas otras posibilidades.

Pero los fabricantes que comercializaron por primera vez el material pronto descubrieron un problema: pequeñas grietas entre los cristales, llamadas límites de grano, que invitan a la corrosión, lo que hace que los cuasicristales sean susceptibles a fallas. El desarrollo comercial de cuasicristales se dejó de lado en su mayoría desde entonces.

Pero los nuevos hallazgos del equipo de Shahani muestran que, bajo ciertas condiciones, los cuasicristales pequeños pueden colisionar y fusionarse, formando un solo cristal grande sin ninguna de las imperfecciones de los límites de los granos que se encuentran en grupos de cristales más pequeños. Shahani explica que el fenómeno fue una sorpresa durante un experimento diseñado para observar la formación del material.

"Parece que los cristales se están curando por sí mismos después de la colisión, transformando un tipo de defecto en otro tipo que eventualmente desaparece por completo", dijo. "Es extraordinario, dado que los cuasicristales carecen de periodicidad".

Los cristales comienzan como sólidos en forma de lápiz que miden una fracción de milímetro, suspendidos en una mezcla fundida de aluminio, cobalto y níquel, que el equipo puede observar en tiempo real y en 3D mediante tomografía de rayos X. A medida que la mezcla se enfría, los pequeños cristales chocan entre sí y se fusionan, finalmente transformándose en un solo cuasicristal grande que es varias veces más grande que los cuasicristales constituyentes.

Después de observar el proceso en el Argonne National Laboratory, el equipo lo replicó virtualmente con simulaciones por computadora. Al ejecutar cada simulación en condiciones ligeramente diferentes, pudieron identificar las condiciones exactas en las que los pequeños cristales se fusionarán en otros más grandes. Descubrieron, por ejemplo, que los diminutos cristales en forma de lápiz deben enfrentarse entre sí dentro de un cierto rango de alineación para colisionar y fusionarse. Las simulaciones se llevaron a cabo en el laboratorio de Sharon Glotzer, profesora de ingeniería y autora correspondiente del artículo.

"Es emocionante cuando tanto los experimentos como las simulaciones pueden observar los mismos fenómenos que ocurren en la misma escala de tiempo y duración", dijo Glotzer. "Las simulaciones pueden ver detalles del proceso de cristalización que los experimentos no pueden ver del todo, y viceversa, de modo que solo juntos podemos comprender completamente lo que está sucediendo".

Si bien para la comercialización de la tecnología probablemente faltará años, los datos de simulación podrían resultar útiles en el desarrollo de un proceso para producir de manera eficiente grandes cuasicristales en cantidades a escala de producción. Shahani anticipa el uso de la sinterización, un proceso industrial bien conocido en el que los materiales se fusionan mediante calor y presión. Es un objetivo lejano, pero Shahani dice que el nuevo estudio abre una nueva vía de investigación que algún día podría hacerlo realidad.

Por ahora, Shahani y Glotzer están trabajando juntos para comprender más sobre los defectos de los cuasicristal, incluida la forma en que se forman, se mueven y evolucionan.