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COLUMNA: Manfred Ahlers, curiosidad científica con mirada en potenciales aplicaciones

Por Marcos Sade*

"Analizar el legado dejado por Ahlers al Centro Atómico Bariloche requiere a la vez comentar algunas de sus pasiones temáticas y temas de trabajo anteriores a su ingreso al Centro Atómico Bariloche.

Su tesis doctoral en Alemania versó sobre deformación plástica en monocristales de plata. Es muy probable que ahí se haya convencido que el trabajo con monocristales era una fuente inagotable de conocimiento más allá de que la mayor parte de los materiales utilizados en nuestro planeta se encuentran en forma policristalina, concepto que nos repetía con tenacidad indeclinable. 

En su estadía postdoctoral en el Mellon Institute de Pittsburgh bajo la dirección de Massalski también trabajó en muestras deformadas plásticamente pero en este caso utilizando  microscopía electrónica de transmisión. Sin embargo todo indica que el tema que se convirtió en su pasión se vincula con un colega, Horace Pops con quien compartía encuentros de café en dicho instituto.

Pops le mostró un día un reluciente monocristal de CuZn que se deformaba como si fuera goma y recuperaba su forma original al liberarlo de la fuerza aplicada. Y este fue el origen de su inserción en el tema de transformaciones martensíticas y materiales con efecto memoria, tema que lo intrigó buena parte de su vida, le llenó de curiosidad, le permitió formar a alrededor de 15 doctores en el Centro Atómico Bariloche y le granjeó un profundo respeto internacional de la comunidad científica.

Ya en el Centro Atómico Bariloche

Uno de los temas que constituyeron una pasión para Manfred fue el de las transformaciones martensíticas. Estas transformaciones son cambios de estructura no difusivos que se pueden lograr mediante cambios de temperatura, mediante la aplicación de fuerzas mecánicas o a través de una combinación de variaciones de temperatura y aplicación de fuerzas mecánicas. Los átomos cambian de lugar moviéndose en forma coordinada desplazándose distancias mucho menores que la distancia interatómica.

Este tipo de transformación estructural ocurre entre 2 estructuras o fases: la austenita que es la fase de mayor temperatura (o fase madre) y la martensita que es aquella fase que se obtiene enfriando a la austenita o aplicando una carga mecánica a esta estructura. Entender y quizás controlar la estabilidad relativa de las fases involucradas ha sido siempre un gran desafío en el cual Manfred incursionó con fuerte presencia a nivel internacional permitiendo y alentando a la vez el crecimiento profesional y académico de sus tesistas. 

¿Por qué se forma una estructura y no otra? ¿Es una estructura estable en el tiempo? ¿Se pueden conocer las magnitudes termodinámicas fundamentales con experimentos? ¿Juegan los defectos un rol significativo? ¿Afectará la radiación a las estructuras martensíticas? Esas fueron algunas de las preguntas que guiaron numerosas investigaciones. Y así podríamos seguir.

Recuerdo el primer desafío que me planteó en el pizarrón de su oficina: en las aleaciones base Cu que presentan transformaciones de fase martensíticas, se puede  lograr la transformación mediante la aplicación de una fuerza mecánica que depende  de la temperatura, en particular incrementando su valor a mayor temperatura del experimento y por otro lado la fuerza mecánica necesaria para deformar plásticamente a la austenita usualmente varía con  la temperatura, pero disminuyendo su valor a mayor temperatura.

Para una dada temperatura ambos fenómenos ocurrirían simultáneamente y comprender esa interacción permitiría entender el comportamiento de los aceros donde ambos fenómenos tienen lugar simultáneamente. En esta pregunta se mezclaba por un lado la curiosidad científica como gran motor del conocimiento, pero también estaba presente que de dicho conocimiento se podía llegar a aplicaciones sofisticadas pues los aceros constituían en aquel momento y aún hoy  la base de infinitos desarrollos tecnológicos y aplicaciones. 

A cada tesista Manfred le planteaba un problema que por un lado era suficientemente amplio para dar lugar a la iniciativa y por otro apuntaba a la construcción de un edificio conceptual. A título de ejemplo Adela Abu Arab realizó su tesis doctoral sobre un fenómeno llamado estabilización de la martensita. Esta estabilización implicaba que bajo ciertas condiciones las temperaturas o cargas mecánicas requeridas para la transformación martensítica cambiaran con el tiempo.

¿Curiosidad pura? Puede ser pero al mismo tiempo, este fenómeno ponía en riesgo a toda posible aplicación tecnológica que esencialmente requiere que las propiedades de los materiales sean estables. Esta tesis sirve de ejemplo de una visión que tenía Manfred: los experimentos tenían que ser precisos y lograr una credibilidad fuera de todo cuestionamiento, los modelos para comprenderlos podrían llegar a variar con el tiempo.

A nivel internacional se discutió durante años el origen de la estabilización de la martensita. La propuesta de Abu Arab y Ahlers consolidada por posteriores trabajos en la División dejaron claro que la difusión en la martensita provocaba los cambios estructurales que explicaban a dicho fenómeno.

En la misma época  y bajo la dirección de Manfred incursioné en un tema relativamente incipiente para la época: la fatiga asociada a las transformaciones de fases. De manera visible las aleaciones base Cu con las que trabajábamos recuperaban la forma al ser deformados. Eso generaba un impacto fuerte en cualquier observador acostumbrado a ver que un material deformado plásticamente no recupera su forma.

El estudio de la fatiga entendido como un problema científico resultaba apasionante pues la visible reversibilidad mecánica asociada al recuperar la forma, estaba acompañada en realidad por la formación de defectos que finalizaban en la fractura del material. Nuevamente la mirada de Manfred partiendo de un problema de investigación básica tenía connotaciones con implicancias en futuras aplicaciones donde la fatiga entendida como la repetición de un proceso debía ser entendida y controlada para diseñar dispositivos que utilicen materiales con efecto memoria de forma.

Sobre el legado material de Manfred al Centro Atómico

Manfred dirigió aproximadamente 15 tesis doctorales y resulta interesante ver cómo la temática de transiciones de fases, con la formación concomitante de defectos microestructurales condujo paulatinamente al crecimiento del laboratorio de la División.

Como ejemplo podemos mencionar que dado que la estabilidad relativa de las fases o estructuras involucradas están afectadas por tensiones mecánicas se hizo imprescindible prestar mucha atención a la medición precisa de este tipo de tensiones con las respuestas correspondientes de los materiales.

Esto fue un notable aliciente que contribuyó a que el Centro Atómico Bariloche cuente hoy con un laboratorio de propiedades mecánicas fuertemente equipado con máquinas de ensayos mecánicos electromecánicos, servohidráulicos, electrodinámicos, con cámaras de temperatura, métodos de medición de deformaciones de diverso tipo, incluyendo los que no requieren contacto, y en el que, en forma creciente, realizan sus tesis también los estudiantes de ingeniería del IB y se realiza apoyo a distintos proyectos de CNEA.

Otro aspecto descollante del impacto que tuvo Manfred en el desarrollo del grupo, es que las diversas tesis doctorales que se fueron llevando a cabo bajo su dirección requirieron creciente capacidad de estudio microestructural lo que contribuyó a convertir al laboratorio en un centro  relevante a nivel nacional en el campo de la microscopía electrónica de alta resolución, liderado por Francisco Lovey, actualmente bajo la responsabilidad de Alfredo Tolley quien hiciera su tesis doctoral con Manfred.

Manfred tenía un notable conocimiento de lo que hoy suele llamarse Ciencia de los Materiales, y la vez una profunda generosidad a la hora de compartir dicho conocimiento, discutir los problemas científicos que aparecían continuamente, mostrando una notable capacidad para buscar que los modelos explicaran los experimentos e incentivando a pensar los experimentos que permitieran justificar adecuadamente las teorías propuestas. No había especulación en su forma de trabajar y de pensar, y transmitió en todo momento que los equipos tienen responsables pero no dueños.

Nos transmitió la importancia de compartir el conocimiento y la capacidad experimental adquirida que hoy podemos mostrar con orgullo a través de diversos ejemplos entre los cuales se pueden mencionar los cursos sistemáticos que la División lleva adelante para que estudiantes y profesionales de todo el país aprendan y utilicen los microscopios electrónicos de transmisión.

En 1998 llevamos adelante la Conferencia Internacional sobre Transformaciones Martensíticas, encuentro que tiene lugar cada 4 años desde hace varias décadas. Manfred presidió la conferencia. Compartir la tarea de revisar los trabajos recibidos con Manfred fue una enseñanza notable. Lo he visto trabajar horas interminables para dar recomendaciones a diversos autores para que sus trabajos fueran adecuados, hecho que a la vez describe también parcialmente  su faceta docente. En todas sus actitudes había una enseñanza.

Hoy, la temática de trabajo en nuestro grupo se ha diversificado notablemente, pero se puede aseverar que Manfred ha dejado una notable impronta asociada al  análisis, discusión, relación de la teoría con los experimentos, la curiosidad científica con la mirada en potenciales aplicaciones que ya se vislumbran en la División, la generosidad a la hora de compartir el conocimiento y  las capacidades experimentales adquiridas, que constituyen ejemplos notables para las generaciones más jóvenes.

*Dr. En Física dirigido por Manfred Ahlers, egresado y docente del Instituto Balseiro

 

Link a la nota principal:  “Un homenaje desde el Balseiro a la vida y el legado científico de Manfred Ahlers”  (19/04/2022)