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As ligas de alta entropia ou HEAs consistem em cinco ou mais elementos metálicos diferentes e são uma classe de materiais extremamente interessante com uma grande diversidade de aplicações potenciais. Uma vez que suas propriedades macroscópicas são fortemente dependentes de interações interatômicas, é extremamente interessante investigar a estrutura local e a desordem estrutural em torno de cada elemento individual por técnicas de elementos específicos. Agora, uma equipe examinou a chamada liga Cantor – um sistema modelo para estudar os efeitos de alta entropia nas escalas local e macroscópica.
Uma caixa de ferramentas na BESSY II
Para investigar o ambiente local de componentes individuais, a equipe usou a espectroscopia de absorção de raios-X de várias bordas (EXAFS) no BESSY II e, em seguida, o método reverso de Monte Carlo para analisar os dados coletados. As propriedades magnéticas de cada elemento da liga foram adicionalmente sondadas usando a técnica de dicroísmo circular magnético de raios X (XMCD). Por magnetometria convencional, os cientistas comprovaram a presença de transições de fase magnéticas e encontraram algumas assinaturas de um ordenamento magnético complexo com coexistência de diferentes fases magnéticas.
Tendências comuns em amostras a granel e nanofilmes
Os resultados do filme nanocristalino examinado feito desta liga demonstram algumas tendências comuns em comparação com uma amostra a granel, por exemplo, os maiores relaxamentos de rede de cromo e comportamento magnético ainda intrigante de manganês, que são consistentes com o comportamento magnético macroscópico do filme.
“As ligas de alta entropia são uma classe de materiais extremamente diversa e excitante”, diz a Dra. Alevtina Smekhova, física da HZB e primeira autora do artigo. “Ao investigar o comportamento de componentes individuais em escala atômica, obteríamos pistas valiosas para o desenvolvimento de novos sistemas complexos com a multifuncionalidade desejada”, diz ela.
Três perguntas ao Dr. Alevtina Smekhova,. primeiro autor do estudo.
O que são ligas de alta entropia?
A ideia principal de toda a classe de materiais de “alta entropia” é misturar cinco ou mais elementos e ver como as propriedades macroscópicas mudarão. Quando há tantos elementos em um material, não é possível dizer que existe uma “matriz” e existe um “material diluído”, então todos os elementos são de alguma forma “iguais” para a solução sólida, mas ainda se comportam de forma diferente devido às suas propriedades individuais como o tamanho, carga, número de elétrons, eletronegatividade, etc.
Por que esses HEAs são tão interessantes?
Verificou-se que muitas propriedades macroscópicas como dureza mecânica, resistência à irradiação, atividade catalítica e muitas outras são significativamente melhoradas em comparação com as ligas convencionais. E parece que todas essas propriedades estão relacionadas ao número de configurações locais, que é enorme — bilhões!!!- devido ao número de elementos.
Já existe uma ideia de como usá-los?
Sim, claro. Essas ligas são resistentes ao calor e à radiação e podem ser usadas como revestimentos diferentes para condições extremas, por exemplo, em reatores ou na aviação. Experiências químicas recentes mostraram que os HEAs são bons para aplicações de energia renovável e para catálise, por exemplo, para separação de água. Muitas pessoas agora estão procurando por novas propriedades e aplicações, e o fator chave para avançar no campo é a compreensão de como os componentes individuais da liga se comportam em escala atômica. E com os raios X de um síncrotron é possível encontrar respostas para quase todas essas questões.
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