Vidrio metálico: cómo puede cambiar el mundo

Imágenes de microscopio electrónico de barrido de vidrio metálico.

¿Qué sucede cuando mezclas las propiedades físicas del vidrio (quebradizo y fluido) y el metal (rígido y resistente)? Obtienes vidrio de metal, por supuesto. Desde la década de 1960, los científicos demostraron que se pueden convertir ciertas aleaciones en vidrio metálico enfriándolas rápidamente. Muy, muy rápido. Cientos de grados en una fracción de segundo. Eventualmente terminas con una aleación que se comporta como un metal y vidrio. Algunos son tres veces más resistentes que el titanio y tienen el módulo de elasticidad del hueso, todo ello a la vez que son extremadamente ligeros. También son mucho más fáciles de mecanizar que los metales. En definitiva, el vidrio metálico es increíble y tiene la posibilidad de transformar el mundo, al igual que otro material maravilloso: el grafeno. Entonces, ¿por qué no vemos más de eso? Parte del problema es que la investigación avanza dolorosamente lento, pero esto puede cambiar después de que un equipo de investigadores en Sydney informara sobre un modelo para la estructura atómica del vidrio metálico. Si hasta ahora los científicos estaban probando varias aleaciones y técnicas en la oscuridad, por ensayo y error, ahora tienen un libro de cocina para el vidrio metálico.

El vidrio parece ser un sólido, pero en realidad no es exactamente así. Es sólido y líquido al mismo tiempo. En realidad es viscoso, pero fluye tan lento que pensarías que es perfectamente sólido. El nombre científico del vidrio es sólido amorfo, mientras que los metales son sólidos no amorfos. La diferencia entre los dos radica en la estructura atómica. El vidrio, un sólido amorfo, tiene sus átomos constituyentes dispuestos en un patrón caótico y aleatorio, mientras que en los metales están dispuestos en una red ordenada.

El vidrio reforzado no es exactamente nuevo. Cornings Gorilla Glass cubre teléfonos celulares, televisores y otros dispositivos electrónicos de consumo para que no se rompan instantáneamente cuando se cae. Pyrex, utilizado en espejos de telescopios y platos para hornear desde 1915, se trata con calor para resistir la rotura. Pero este tipo de vidrios solo son menos frágiles, no duros. Idealmente, desea un tipo de vidrio que pueda usar para construir aviones, automóviles, edificios e incluso naves espaciales. Este tipo de aplicaciones requieren un material que sea resistente y resistente, razón por la cual el acero es tan popular. Pero el vidrio metálico tiene una mejor combinación de dureza y resistencia que cualquier acero.

Fotografía de una fibra de vidrio metálica delgada y flexible (izquierda) y una imagen de microscopía electrónica de una cuerda de vidrio metálica tejida con dichas fibras (derecha). Imagen: Naturaleza

Estas estructuras vítreas amorfas son aleaciones metálicas compuestas de tres o más metales, como magnesio, cobre e itrio (Mg-Cu-Y). Las propiedades mecánicas y físicas de los BMG dependen en gran medida de las concentraciones de los elementos químicos que componen la aleación. Y cuando la combinación correcta de elementos se calienta o enfría a temperaturas específicas a velocidades específicas, los materiales resultantes pueden ser extremadamente impresionantes. Algunos afirman que el vidrio metálico podría revolucionar el mundo, solo superado por el plástico en impacto.

Sin embargo, identificar aquellas aleaciones que pueden formar vidrio metálico es un proceso tedioso. Se ha estimado que hasta ahora solo se ha explorado una fracción diminuta de los posibles formadores de vidrio metálico a granel. Investigadores de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Nueva Gales del Sur proponen una solución alternativa: pescar con una red en lugar de anzuelos. Específicamente, idearon un modelo novedoso de la estructura atómica del vidrio metálico que les permite predecir qué combinación de metales producirá los mejores vidrios metálicos. No menos de 200 nuevas aleaciones de vidrio metálico basadas únicamente en titanio, magnesio, plata, cobre y zinc se exhibieron en el estudio publicado en Nature . Ahora, es solo una cuestión de cambiar a través de cada uno de estos, sistemáticamente. El futuro se ve bien.