Resolviendo los misterios del vidrio metálico

Los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts han logrado progresos significativos en la comprensión de una clase de materiales que se han resistido a décadas de análisis. Sus conclusiones podrían dar lugar a una rápida variedad de descubrimientos útiles en nuevos tipos de aleaciones en vidrios metálicos, potencialmente importantes en aplicaciones mecánicas, químicas y magnéticas.

Los primeros ejemplos de aleaciones metálicas que pudieron hacerse en vidrio, fueron descubiertas a fines del decenio de 1950 y dio lugar a una serie de actividades de investigación, pero, a pesar de su intenso estudio, hasta la fecha nadie ha resuelto el enigma de por qué algunas aleaciones pueden formar vidrios y otras sin embargo no, además de identificar mejores métodos en su diseño, según decía Carl. V. Thompson, Profesor de Ciencia de los Materiales e Ingeniería y director del Centro de Procesamiento de Materiales en el MIT. Un artículo sobre esta nueva investigación, que describe de forma sistemática a encontrar la prometedora mezcla de entre docenas de métodos, se publica esta semana en la revista “Science”.

En el proceso para su formación se usan lentes de sólidos cuya estructura es esencialmente la de un líquido, con los átomos dispuestos al azar en lugar de un orden dado en las pautas de un cristal. En general, se producen por un enfriamiento rápido del material desde un estado de fundido, un proceso denominado “desactivación”.

Es muy difícil hacer vidrios de metales en comparación con cualquier otra clase de materiales, tales como semiconductores, cerámicas y polímeros. En las décadas de esfuerzo por parte de los científicos de todo el mundo se han centrado en la explotación de las notables propiedades de estos materiales, y en la comprensión del por qué algunas composiciones de aleación se pueden hacer en vidrio y otros no.

Los científicos todavía no han resuelto el “por qué”. Sin embargo, esta nueva investigación proporciona una muy nueva, concreta y cuantitativa visión de las características líquidas en las aleaciones, que pueden ser más fácilmente reducidas del estado vidrioso, y, por tanto, proporcionar una imagen mucho más rápida en la manera de descubrir nuevas aleaciones que tengan las propiedades requeridas por los ingenieros.

La investigación fue el resultado de una colaboración entre el MIT y la Universidad Nacional de Singapur, trabajando en conjunto a través de miles de kilómetros de distancia a través de la Alianza Singapur-MIT. Esencialmente, el trabajo consistió en producir una gama de diferentes aleaciones con proporciones ligeramente variables de dos metales, cada uno de ellos depositados en una placa metálica microscópica. Posteriormente, se analizaron los cambios en la densidad de cada uno de ellos, pero cuando se mezcló en vidrio cristalizado, se encontró que había unas pocas proporciones que habían sido significativamente de mayor densidad que el resto. Las aleaciones en particular fueron las que podrían fácilmente formar vidrios. De estas tres proporciones que encontraron, dos ya eran conocidas en las aleaciones de formación de vidrio, pero la tercera fue un sorprendente nuevo descubrimiento.

La nueva investigación podría incluso conducir a una solución a la larga del por qué sólo ciertas aleaciones forman vidrios. Estos nuevos resultados, y la técnica que ha sido desarrollada para obtener citados descubrimientos, desempeñará un papel clave y decisivo en la solución del misterio de la formación del vidrio metálico.

Este material podría tener una variedad de aplicaciones debido a sus inusuales propiedades físicas y magnéticas. Estas son “maleables” magnéticamente, lo que significa que es muy fácil cambiar la orientación magnética de los materiales. Citada característica es muy deseable en los núcleos de los transformadores por ejemplo, que debe cambiar su orientación magnética decenas de veces por segundo. Los transformadores a partir de vidrios metálicos podrían reducir en gran medida la cantidad de electricidad desperdiciada, así como el exceso de calor, reduciendo la necesidad de nuevas plantas generadoras.

Además, estos vidrios son inusualmente duros mecánicamente y tienen un alto grado de elasticidad (conocido técnicamente como un alto “módulo de elasticidad”). Esta elasticidad podría hacer de ellos un material útil para equipamientos deportivos, tales como palos de golf o raquetas de tenis, además se podría fabricar carcasas practicamente irrompibles para teléfonos móviles, sin que todo ello suponga un aumento sustancial en el precio final del producto.

Más información: Instituto Tecnológico de Massachusetts