¿Y si la cerámica fuera dúctil?

Producir cerámicas dúctiles es un trabajo duro. La plasticidad en la cerámica rara vez se observa y normalmente requiere condiciones especiales, como temperaturas extremas, para que sea plausible. Entonces, en lugar de abollarse, su taza de café de cerámica se romperá en pedazos cuando se caiga sobre un piso duro.

En su artículo, el Dr. Erkka J. Frankberg, un experto en plasticidad cerámica con sede en Finlandia, comenta algunos de los últimos hallazgos sobre la plasticidad a temperatura ambiente en cerámica, informados por J. Zhang et al. en Ciencias 378, 371 (2022). En su comentario, Frankberg ofrece una visión más amplia de los beneficios potenciales si estas cerámicas dúctiles pudieran hacerse posibles y ampliarse para uso comercial, lo que posiblemente marcaría el comienzo de una nueva edad de piedra.

¿Por qué sería importante descubrir cerámicas que sean dúctiles a temperatura ambiente? Se debe a los propios átomos y a los enlaces entre ellos. Las cerámicas tienen enlaces iónicos y covalentes entre átomos que difieren significativamente de, por ejemplo, los enlaces en las aleaciones metálicas. Una diferencia clave es que los enlaces de átomos iónicos y covalentes se encuentran entre los más fuertes que conocemos. Como resultado, en teoría, la cerámica debería estar entre los materiales de ingeniería más resistentes que existen.

«El problema es este: si bien los enlaces son fuertes, también impiden que los átomos se muevan fácilmente en el material, y este movimiento es necesario para crear plasticidad, o en otras palabras, un cambio permanente en la forma percibida del material. Sin plasticidad, desafortunadamente , las cerámicas se agrietan muy por debajo de su resistencia teórica y, en la práctica, a menudo tienen una resistencia última menor que muchas aleaciones metálicas comúnmente utilizadas en ingeniería», dice Frankberg.

Como demostración del potencial de las cerámicas dúctiles, Zhang et al. muestra que si el nitruro de silicio (Si₃norte₄), un material cerámico, está diseñado para mostrar plasticidad, puede mostrar una enorme resistencia máxima de ~11 GPa antes de la fractura. ¡Esto es aproximadamente 10 veces más fuerte que algunos grados comunes de acero de alta resistencia!

¿Qué nos puede aportar la cerámica dúctil ultrarresistente?

«Una mayor resistencia significa que se necesita menos material para construir máquinas móviles como vehículos y robots. Menos material significa una menor inercia, lo que significa un menor consumo de energía y una mayor eficiencia para toda la maquinaria móvil. Una mayor resistencia al desgaste y a la corrosión de las cerámicas permite un mayor tiempo de actividad en estas aplicaciones, lo que permite obtener beneficios económicos», destaca Frankberg.

La humanidad tiene una necesidad constante de materiales de ingeniería cada vez más resistentes, debido al gran impacto transversal que tiene, mejorando la eficiencia energética de la sociedad.

«Debido a la unión más suave, existe un límite estricto en cuanto a la resistencia que podemos crear a partir de metales. Para alcanzar el siguiente nivel de resistencia, la cerámica es un buen candidato», afirma.

Si bien los resultados de Zhang et al. son una demostración espectacular del potencial de las cerámicas dúctiles, los resultados se muestran en la nanoescala, como los resultados más similares en el campo. Por tanto, aún queda un largo y tortuoso camino por recorrer para hacer realidad el sueño de la cerámica flexible, que exige esencialmente repetir estos resultados en un material más voluminoso.

«Pero cada descubrimiento de un nuevo mecanismo de plasticidad a temperatura ambiente, como el presentado por Zhang et al., nos mantiene aferrados al sueño de la cerámica flexible», resume Erkka J. Frankberg.

Fuente de la historia: Comunicado de prensa original de www.tuni.fi. Nota: Scible News puede editar el contenido en cuanto a estilo y extensión.

Referencias.

Erkka J. Frankberg. Cerámica que se dobla en lugar de romperse. Ciencia, 2022; 378 (6618): 359 DOI: 10.1126/ciencia.ade7637

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«¿Y si la cerámica fuera dúctil?». 31/10/2022. Scible. Noticias Scible. Consultado en: https://news.scible.com/what-if-ceramics-were-ductile