E6 Estrutura cristalina em nanoescala

Tópico

O fato de esse material possuir um tamanho de grão nanométrico, em vez de micrométrico como um policristal convencional, aumenta a fração volumétrica de contornos de grão dentro desse mesmo material. Cada contorno de grão ocupa uma espessura virtualmente fixa de apenas algumas camadas atômicas, independentemente do tamanho do grão que define. Portanto, quanto menor o grão, maior a proporção do volume total ocupada por essa mesma espessura fixa de contorno de grão. A redução desse tamanho de grão para a escala nanométrica faz com que essa fração volumétrica de contornos de grão cresça a ponto de se tornar comparável à fração volumétrica ocupada pelo interior cristalino de cada grão — algo que seria completamente desprezível em um policristal convencional.

O fato de essa fração de contornos de grão ser comparável à do interior cristalino de cada grão é o que confere a esse nanocristal propriedades intermediárias entre as de um material completamente cristalino e as de um material completamente amorfo: o interior cristalino de cada grão, com sua ordem atômica periódica, continua a contribuir com as propriedades características da fase cristalina, enquanto essa mesma fração de contornos de grão, com sua estrutura atômica muito mais desordenada, contribui com propriedades mais semelhantes às de um material amorfo. Uma fração maior de contornos de grão dentro desse nanocristal torna suas propriedades gerais mais próximas às de um material amorfo; uma fração menor de contornos de grão torna essas propriedades mais próximas às de um material completamente cristalino.

Portanto, este modelo, com seu tamanho de grão nanométrico e a fração de contornos de grão com a qual foi projetado, calcula o módulo efetivo desse nanocristal combinando, por meio de uma regra de misturas, o módulo do interior cristalino de cada grão e o módulo dessa mesma fração de contornos de grão, que é muito mais macio do que o interior cristalino. Essa regra das misturas pondera cada um desses dois módulos de acordo com sua respectiva fração volumétrica dentro do nanocristal. O fato de essa fração volumétrica dos contornos de grão ser maior, com um tamanho de grão nanométrico ainda menor, significa que o módulo efetivo do nanocristal, cada vez mais dominado pelo módulo muito mais macio desses mesmos contornos de grão, é consequentemente menor.

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