Un microscopio instalado recientemente en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), en Tennessee, puede distinguir átomos individuales con una resolución espacial inferior a 0,05 nanómetros.
El equipo, bautizado Thermo Scientific Spectra Ultra, pertenece al Departamento de Energía de Estados Unidos y figura entre los microscopios más avanzados de la red de laboratorios nacionales del país. Su objetivo es acelerar la búsqueda de materiales para aleaciones metálicas más resistentes, imanes permanentes y catalizadores industriales, lo cual apunta a tener un impacto significativo en la industria automotriz.
Un microscopio que combina imagen atómica y análisis químico
El Spectra Ultra es un microscopio electrónico de transmisión por barrido (STEM, por sus siglas en inglés) que integra imágenes a escala atómica, espectroscopia de alta velocidad y flujos de trabajo potenciados por inteligencia artificial. Su resolución le permite examinar la estructura atómica de un material mientras recopila, de manera simultánea, información detallada sobre su composición química.
Allen Haynes, director del consorcio del programa Powertrain Materials Core del Departamento de Energía, explicó que el instrumento permite observar rasgos específicos a escala atómica que determinan la resistencia y la estabilidad de un material.
“Usando el nuevo microscopio, podemos examinar características específicas a escala atómica que influyen en la resistencia y la estabilidad de un material, lo cual ayuda a revelar por qué una aleación liviana se mantiene resistente tras años de vibración, calor y tensión mientras otra comienza a debilitarse”, señaló en un comunicado.
Aleaciones más livianas para la industria automotriz
Según Haynes, los datos que aporta el microscopio resultan determinantes para el desarrollo de nuevos materiales. “Esos datos ayudan a guiar el desarrollo de aleaciones más livianas, resistentes y estables para futuras aplicaciones de transporte”, indicó el especialista. Esa capacidad podría traducirse en vehículos más livianos sin que se comprometa su durabilidad.
El equipo también podría mejorar los imanes permanentes empleados en motores eléctricos. El microscopio puede revelar cómo se distribuyen los minerales críticos dentro de los imanes y, a partir de ese análisis, facilitar la identificación de sustitutos capaces de resistir altas temperaturas.
Haynes agregó que el instrumento también podría extender la vida útil de los catalizadores utilizados en celdas de combustible, manufactura química y producción de fertilizantes. “En conjunto, estas capacidades ofrecen a los científicos una comprensión más profunda de cómo funcionan los materiales y el conocimiento necesario para desarrollar nuevos materiales superiores para la próxima generación de tecnologías que dependen de ellos”, afirmaron los investigadores del ORNL.
Flujos de trabajo automatizados para acelerar la investigación
El equipo de Oak Ridge ya trabaja en flujos de trabajo automatizados que permitirían recolectar y procesar grandes volúmenes de datos sin necesidad de examinar cada muestra de forma manual.
David Cullen, investigador del Grupo de Microanálisis Aplicado y Termofísica del ORNL, explicó que la automatización de partes del proceso proporcionará a los científicos conjuntos de datos mucho más amplios, lo cual revelará con mayor claridad las nanoestructuras que determinan el rendimiento y la durabilidad de los materiales avanzados.
“Todo está diseñado para un alto rendimiento”, declaró Cullen en un comunicado de prensa del laboratorio. “Estamos desarrollando enfoques de microscopía autónoma que pueden aumentar la velocidad con la que generamos comprensión científica”.
Detectar defectos ocultos a lo largo del tiempo
El equipo de investigadores sostuvo que el nuevo microscopio también permitirá rastrear cambios en los materiales a lo largo del tiempo y detectar defectos que de otro modo pasarían inadvertidos.
“En el caso de los vehículos, los fabricantes de automóviles han buscado durante mucho tiempo metales más livianos que puedan mejorar la eficiencia de combustible y la autonomía sin sacrificar la seguridad ni la durabilidad”, concluyó el grupo. Lograr ese equilibrio exige comprender cómo se modifica un material durante años de uso en condiciones reales.
