La mayoría de las superficies naturales y artificiales son rugosas: los metales e incluso los vidrios que parecen lisos a simple vista pueden parecer cordilleras irregulares bajo el microscopio. Actualmente no existe una teoría uniforme sobre el origen de esta rugosidad a pesar de que se observa en todas las escalas, de lo atómico a lo tectónico. Los científicos sospechan que la superficie rugosa está formada por una deformación plástica irreversible que ocurre en muchos procesos de mecanizado mecánico de componentes como el fresado. Prof. Dr. Lars Pastewka del grupo de Simulación en el Departamento de Ingeniería de Microsistemasen la Universidad de Friburgo y su equipo han simulado tales cargas mecánicas en simulaciones por computadora. Los investigadores descubrieron que las superficies hechas de diferentes materiales, que muestran distintos mecanismos de deformación plástica, siempre desarrollan asperezas superficiales con idénticas propiedades estadísticas. Publicaron sus resultados enla revista en línea de libre acceso Avances científicos .
Las superficies geológicas, como las cadenas montañosas, se crean por deformación mecánica, que luego conduce a procesos como fracturas o desgaste. Las superficies sintéticas generalmente pasan por muchos pasos de conformación y acabado, como pulido, pulido y rectificado, explica PastewkaLa mayoría de estos cambios en la superficie, ya sean naturales o sintéticos, conducen a deformaciones plásticas en la escala de longitud atómica más pequeña: "Incluso en las puntas de grietas de la mayoría de los materiales frágiles como el vidrio, hay una zona de proceso finita en la que el material se deforma plásticamente", dice el investigador de Friburgo." La aspereza en estas escalas más pequeñas es importante porque controla el área de contacto atómico íntimo cuando dos superficies se presionan juntas y, por lo tanto, la adhesión, la conductividad y otras propiedades funcionales de las superficies en contacto ".
En colaboración con colegas del Instituto de Tecnología de Karlsruhe, la Escuela Politécnica Federal de Lausana / Suiza, y los Laboratorios Nacionales Sandia / EE. UU., Y financiados por el Consejo Europeo de Investigación ERC, Pastewka y su grupo pudieron simular eltopografía de la superficie para tres sistemas de material de referencia en las supercomputadoras JUQUEEN y JUWELS en el Centro de Supercomputación de Jülich, que incluía oro monocristalino, una aleación de níquel, hierro y titanio de alta entropía, y el vidrio metálico cobre-circonio, en el cual los átomos no se formanestructuras ordenadas pero un patrón irregular. Se sabe que cada uno de estos tres materiales tiene diferentes propiedades micromecánicas o moleculares. Los científicos ahora investigaron el mecanismo de la deformación y los cambios resultantes en la escala atómica tanto dentro del sólido como en su superficie.
Pastewka, quien también es miembro del Cluster of Excellence Living, Adaptive and Energy-autonom Material Systems livMatS, y su equipo descubrieron que a pesar de sus diferentes estructuras y propiedades de los materiales, los tres sistemas, cuando se comprimen, desarrollan superficies rugosascon una denominada topografía autoafinada, lo que significa que los sistemas tienen estructuras geométricas idénticas independientemente de la escala en la que se observan: la topografía de la superficie en un microscopio virtual a escala nanométrica no se puede distinguir de la estructura de los paisajes de montaña enescala de kilómetros ". Esta es una explicación", dice Pastewka, "de por qué se observa una estructura casi universal de rugosidad de la superficie en los experimentos".
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Materiales proporcionado por Universidad de Friburgo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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