Forskere rapporterer om den første superelastiske legering i nanometrisk størrelse

UPV/EHU-universitetet i Baskerlandet har forskere undersøgt superelasticitetsegenskaber på en nanometrisk skala baseret på at skære en legerings søjler ned til nanometrisk størrelse. I artiklen offentliggjort i Natur nanoteknologi , forskerne fandt ud af, at under en mikron i diameter, materialet opfører sig anderledes og kræver meget højere stress for at deformeres. Denne superelastiske adfærd åbner nye kanaler for anvendelsen af ​​mikrosystemer, der involverer fleksibel elektronik og mikrosystemer, der kan implanteres i menneskekroppen.

Superelasticitet er en fysisk egenskab, hvormed det er muligt at deformere et materiale med op til 10 procent, som er meget højere end elasticitet. Så når der påføres stress på en lige stang, det kan danne en U-form, og når spændingen fjernes, stangen genoptager sin oprindelige form. Selvom dette er blevet bevist i makroskopiske materialer, ingen havde tidligere været i stand til at udforske disse superelasticitetsegenskaber i mikrometriske og nanometriske størrelser, ifølge José María San Juan, hovedforsker af artiklen udgivet af Natur nanoteknologi og en UPV/EHU -professor.

Forskere i UPV/EHUs afdeling for kondenseret materiefysik og anvendt fysik II har observeret, at den superelastiske effekt bevares i små enheder i en kobber-aluminium-nikkel legering-Cu-14Al-4Ni, en legering, der viser superelasticitet i omgivelsestemperatur.

Forskerne brugte et stykke udstyr kendt som en fokuseret ionstråle. "Det er en ionkanon, der fungerer som en slags atomkniv, der skærer materialet, "forklarer San Juan. Forskerne byggede mikropiller og nanopillarer af denne legering med diametre på mellem 2 um og 260 nm. De påførte stress ved hjælp af et sofistikeret instrument kendt som en nanoindenter, som gør det muligt at påføre ekstremt små kræfter, og derefter målte de adfærden.

Forskerne har for første gang bekræftet og kvantificeret, at der i diametre på mindre end en mikrometer er en betydelig ændring i egenskaberne i forbindelse med den kritiske belastning for superelasticitet. "Materialet begynder at opføre sig anderledes og har brug for en meget højere stress for at dette kan finde sted. Legeringen fortsætter med at vise superelasticitet, men for meget højere belastninger." San Juan fremhæver nyheden ved denne stigning i kritisk stress forbundet med størrelse, og understreger også, at de har været i stand til at forklare årsagen til denne adfærdsændring. "Vi har foreslået en atommodel, der belyser, hvorfor og hvordan atomstrukturen i disse søjler ændres, når en stress påføres."

Mikrosystemer, der involverer fleksibel elektronik og enheder, der kan implanteres i menneskekroppen

UPV/EHU -professoren understregede betydningen af ​​denne opdagelse, som åbner nye kanaler i designet af strategier til anvendelse af legeringer med formhukommelse til udvikling af fleksible mikrosystemer og elektromekaniske nanosystemer. "Fleksibel elektronik bruges i stigende grad i beklædningsgenstande, sportssko, og i forskellige displays. "Han sagde også, at alt dette er af afgørende betydning for udvikling af laboratorie-på-en-chip sundhedsudstyr, der kan implanteres i menneskekroppen." Det vil være muligt at bygge små mikropumper eller mikroaktuatorer, der kan implanteret på en chip, og som vil tillade et stof at blive frigivet og reguleret inde i menneskekroppen til en række medicinske behandlinger. "