La ingeniería a nivel de átomos permite la creación de nuevas aleaciones que no se romperán en temperaturas extremadamente frías.

12 de septiembre de 2025 Informe

por Paul Arnold, Phys.org

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editado por Lisa Lock, revisado por Robert Egan

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Navegar por el frío extremo del espacio profundo o manipular combustibles líquidos superenfriados aquí en la Tierra requiere materiales que no se rompan. La mayoría de los metales se vuelven quebradizos y se fracturan a tan bajas temperaturas. Sin embargo, nuevas investigaciones están poniendo en marcha un enfoque para construir estructuras metálicas átomo por átomo para crear aleaciones robustas y duraderas que puedan resistir ambientes tan hostiles.

Los enfoques de fortalecimiento tradicionales a menudo no son suficientes para estas aplicaciones. Por ejemplo, una técnica común de tratamiento térmico llamada endurecimiento por precipitación fortalece los metales creando pequeñas partículas duras dentro de su estructura. Pero en temperaturas extremas, los materiales pueden perder su ductilidad (la capacidad de doblarse, estirarse o ser moldeados en una nueva forma sin romperse) y fracturarse de repente.

Un estudio publicado en la revista Nature describe una nueva forma de diseñar aleaciones metálicas para que se mantengan fuertes y resistentes incluso a temperaturas super bajas. La gran idea es crear una aleación con dos tipos diferentes de estructuras atómicas perfectamente dispuestas en su interior. Estas estructuras se llaman ordenamiento de corto alcance subnanométrico (SRO), que son pequeñas islas de átomos organizados y ordenamiento de largo alcance nanométrico (NLRO), que son ligeramente más grandes.

Los investigadores crearon su aleación con un proceso controlado de tratamiento térmico y conformado mecánico, lo que causó que las estructuras atómicas se autoensamblaran. En otras palabras, los científicos crearon las condiciones para que los átomos se organizaran en la estructura deseada.

El resultado fue una nueva aleación de cobalto-níquel-vanadio que es excepcionalmente fuerte y resistente a temperaturas tan bajas como -186°C (87 K). Fue probada sometiéndola a tensión y estiramiento en un laboratorio a temperaturas extremadamente bajas para ver cuánto estrés podía soportar.

‘Nuestros resultados resaltan el impacto del coexistencia dual de ordenamientos químicos en las propiedades mecánicas de aleaciones complejas y ofrecen directrices para controlar estos estados de ordenamiento y mejorar su rendimiento mecánico para aplicaciones criogénicas,’ escribió Shan-Tung Tu, uno de los autores del estudio.

Con su resistencia y durabilidad excepcionales, especialmente en condiciones de frío extremo, la aleación podría tener numerosos usos prácticos. En la exploración espacial, podría utilizarse para construir naves espaciales más duraderas que puedan soportar las temperaturas extremadamente bajas del espacio profundo. Para el sector energético, la aleación podría crear una infraestructura más segura y confiable, como tuberías y tanques para gas natural licuado.

Los investigadores también creen que su enfoque de ingeniería a nivel atómico podría aplicarse a otros tipos de aleaciones. Esto podría conducir al desarrollo de toda una nueva generación de materiales que puedan resistir las condiciones de frío más extremas sin comprometer el rendimiento o la seguridad.

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Más información: Tiwen Lu et al, Ordenamiento químico a dos escalas para propiedades criogénicas en aleaciones basadas en CoNiV, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09458-1

Diseñar una microestructura de aleación átomo por átomo para soportar el frío extremo, Nature (2025). DOI: 10.1038/d41586-025-02864-5

Información del diario: Nature

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