Científicos estadounidenses demuestran que el metal puede curarse a sí mismo

Científicos de la Universidad de Texas A&M y los Laboratorios Nacionales Sandia en Nuevo México han observado grietas y fusiones metálicas, en un descubrimiento que podría allanar el camino para máquinas, vehículos y puentes autorreparables.

Publicado en la revista Nature, la investigación muestra que el metal puede autorreparar grietas microscópicas que se forman cuando el material se somete repetidamente a estrés.

Esto se logra en un proceso conocido como soldadura en frío, lo que significa que no se requiere calor ni electricidad.

El avance podría tener importantes implicaciones para la ingeniería, argumenta el informe, ya que el 90 por ciento de las fallas mecánicas son el resultado de la fatiga en los componentes metálicos, que ocurre cuando el estrés repetitivo hace que se formen grietas.

Aprovechando el proceso de autorreparación y ajustando la microestructura de los metales en consecuencia, los científicos predicen que podría ser posible prevenir el agrietamiento por fatiga.

"Nos gustaría entender cómo la microestructura metálica afecta la curación", dijo Michael J. Demkowicz, profesor de Texas A&M y coautor principal del estudio.

"Armados con ese conocimiento, podemos imaginar la adaptación de la microestructura para aprovechar la autorreparación en aplicaciones tecnológicas, por ejemplo, para crear materiales que sean más resistentes al daño por fatiga", dijo a Dezeen.

Autocuración posible con soldadura en frío

Los científicos han estado investigando el potencial de los materiales de autocuración durante algún tiempo.

La mayoría de los avances han sido en el desarrollo de plásticos en proyectos como la autocuración "e-skin" desarrollada por científicos de la Universidad de Colorado en Boulder, aunque un estudio reciente del MIT también encontró que es posible en concreto.

Hasta ahora, la propiedad no se había observado en metales sin calentarlos primero.

El estudio muestra que se puede lograr a temperatura ambiente en condiciones de vacío, en un proceso conocido como soldadura en frío, que se utiliza principalmente en electrónica y tecnología espacial.

Esto ocurre cuando dos piezas desnudas de metal se acercan tanto que sus átomos se atraen entre sí, haciendo que sus superficies se fusionen. Solo es posible si los metales están completamente limpios.

Los investigadores de los Laboratorios Nacionales Sandia hicieron el descubrimiento durante las pruebas para ver cómo se forman las grietas en piezas de platino de 40 nanómetros de espesor.

Observaron una grieta fusionándose de nuevo, sin dejar rastro y finalmente reabriéndose en un lugar diferente.

"Fue absolutamente impresionante verlo de primera mano", dijo el científico de Sandia Brad Boyce a la revista Wiley Analytical Science.

"Lo que hemos confirmado es que los metales tienen su propia capacidad intrínseca y natural para curarse a sí mismos, al menos en el caso de daños por fatiga a nanoescala", dijo Boyce, quien también es coautor principal del estudio.

Diez años antes de que la investigación pueda ponerse en práctica

Los hallazgos prueban una tesis propuesta por primera vez por Demkowicz en 2013, cuando trabajaba como profesor en el MIT, basada en los resultados de simulaciones por ordenador producidas con el entonces estudiante de posgrado Guoqiang Xu.

En ese momento, la pareja no tenía forma de probar su teoría. Ahora, la investigación de Sandia ha demostrado que la autorreparación es posible tanto en el cobre como en el platino y los investigadores creen que también puede ocurrir en otros metales.

El informe afirma que el descubrimiento "desafía las teorías más fundamentales sobre cómo los ingenieros diseñan y evalúan la resistencia a la fatiga en materiales estructurales".

Sin embargo, Demkowicz afirma que pasará al menos una década antes de que los conocimientos se puedan utilizar en la aplicación práctica.

Los próximos pasos serán explorar si el metal puede autorrepararse cuando se expone al aire, no solo en el vacío, y si el proceso es posible para aleaciones metálicas como el acero.

"Las consecuencias más importantes a corto plazo son para las teorías fundamentales de la fatiga en los metales", dijo a Dezeen. "Estos tendrán que ser revisados para tener en cuenta la curación de grietas".

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