18 de enero de 2021 (Noticias de Nanowerk) “Cebra rayada, leopardo manchado,…”. Los niños nunca se aburren de identificar animales en función de sus patrones corporales únicos. Si bien es fascinante que las criaturas vivientes desarrollen patrones distintos en su piel, lo que puede ser aún más misterioso es su sorprendente similitud con la piel de los metales líquidos congelados. La formación de patrones es un ejemplo clásico de una de las maravillas de la naturaleza que los científicos han reflexionado durante siglos. Alrededor de 1952, el famoso matemático Alan Turing (padre de las computadoras modernas) ideó un modelo conceptual para explicar el proceso de formación de patrones de un sistema de dos sustancias. Estos patrones también se denominan en lo sucesivo patrones de Turing. La formación de patrones también es adoptada comúnmente por los sistemas artificiales y esto es especialmente cierto en el campo de la metalurgia. Incluso tiene un subcampo llamado 'metalografía', que se especializa en el estudio de patrones y composiciones a microescala de metales y aleaciones. Si separa una aleación de varios componentes y observa sus secciones transversales, es muy probable que vea rayas alternas o puntos alineados de diferentes componentes metálicos, como una versión microscópica de los patrones en la piel de un cebra o leopardo. Sin embargo, a pesar del conocimiento antiguo sobre el núcleo de las aleaciones de metales líquidos y sus patrones de solidificación a granel, su fenómeno de formación de patrones de superficie se ha pasado por alto durante mucho tiempo hasta ahora.
Gotas de galio metálico líquido. (Imagen: Jialuo Han, UNSW) En un trabajo publicado en la revista Naturaleza Nanotecnología ("Patrones de superficie únicos que surgen durante la solidificación de aleaciones de metales líquidos"), investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) Sydney y sus colaboradores de la Universidad de Auckland (el Instituto MacDiarmid), RMIT y UCLA descubrieron que se producen diversos tipos de patrones en la superficie de las aleaciones de metales solidificados. El equipo utilizó mezclas metálicas de dos componentes, como aleaciones a base de galio que contienen pequeñas cantidades de bismuto. Estas aleaciones se funden fácilmente en la mano y, por lo tanto, facilitan la observación y el control experimentales. “Pudimos observar el proceso de solidificación de la superficie bajo un microscopio óptico ordinario y me sorprendió cuando vi por primera vez un frente de solidificación en la superficie de metal líquido creando patrones sólidos detrás de él”, dijo el Dr. Jianbo Tang, autor principal del trabajo. "Puedes imaginar la escena de un glaciar moviéndose a través de la superficie del océano, pero todo lo que se ve bajo nuestro microscopio es metálico y microscópico". Añadió el Dr. Tang. Para ver los detalles más finos del glaciar metálico, se utilizó microscopía electrónica y los investigadores observaron un caleidoscopio de patrones muy ordenados que incluían rayas alternas, fibras curvas, matrices de puntos y algunos híbridos exóticos de rayas y puntos.
Rayas, puntos y otros patrones exóticos en la superficie del metal líquido después de la solidificación. Sorprendentemente, el equipo descubrió que, cuando se forman estos patrones, la abundancia del elemento bismuto de baja concentración en la región de la superficie aumentó mucho. Tal enriquecimiento superficial encontrado en este estudio desafía los conocimientos metalúrgicos convencionales. Los investigadores relacionaron la magia detrás de este fenómeno de solidificación recién observado con las estructuras superficiales únicas de los metales líquidos y también utilizaron supercomputadoras para simular el proceso. En sus simulaciones por computadora, se observó que los átomos de bismuto en número pequeño, aparentemente moviéndose al azar en un mar de átomos de galio, se acumulaban en la superficie de la aleación. “Este fenómeno de solidificación superficial previamente ignorado mejora nuestra comprensión fundamental de las aleaciones de metales líquidos y sus procesos de transición de fase. Además, este proceso de superficie autónomo se puede utilizar como una herramienta de creación de patrones para diseñar estructuras metálicas y crear dispositivos para aplicaciones avanzadas en electrónica y óptica futuras ”. dijo el profesor Kourosh Kalantar-Zadeh, autor correspondiente del estudio. La colaboración entre la UNSW y el Instituto MacDiarmid de Materiales Avanzados y Nanotecnología fue establecida por el Centro de Excelencia de Tecnologías Futuras de Electrónica de Baja Energía (FLEET) del Consejo de Investigación Australiano (ARC).
Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=57041.php
