Nanorør nøglen til mikroskopisk mekanik

I det seneste nummer af Elsevier's Materialer i dag , forskere fra Spanien og Belgien rapporterede om den innovative brug af kulstofnanorør til at skabe mekaniske komponenter til brug i en ny generation af mikromaskiner. Mens elektronikindustrien har udmærket sig ved at miniaturisere komponenter, med individuelle elementer, der nærmer sig nanoskalaen (eller en milliardtedel af en meter), at reducere størrelsen af ​​mekaniske systemer har vist sig meget mere udfordrende.

En af vanskelighederne ved at krympe mekaniske enheder er, at de konventionelle teknikker, der bruges til at fremstille individuelle komponenter, ikke er nyttige, når det kommer til at skabe indviklede former på mikroskalaen. En lovende teknik er elektrisk udladningsbearbejdning (EDM), som bruger en gnist af elektricitet til at sprænge det uønskede materiale væk for at skabe komplekse former. Imidlertid, denne metode kræver, at målmaterialet er elektrisk ledende, begrænse brugen af ​​EDM på hårde, keramiske materialer.

Men nu, ved at implantere kulstof nanorør i siliciumnitrid, den foretrukne keramik, Manuel Belmonte og kolleger har været i stand til at øge materialets elektriske ledningsevne med 13 størrelsesordener og har brugt EDM til at producere et mikrogear uden at kompromittere apparatets produktionstid eller integritet.

Carbon nanorør blev fremtrædende i begyndelsen af ​​1990'erne, da deres række af bemærkelsesværdige egenskaber blev synlige. Disse omfatter fænomenal styrke og elektriske egenskaber, der kan skræddersyes til at passe. Hvert rør er lavet af et sammenrullet ark af kulstofatomer i en honeycomb-lignende struktur. Udrullet, dette ark er også kendt som grafen, det innovative materiale, som var genstand for 2010 Nobelprisen i fysik. Implanteret inde i en keramik, disse nanorør danner et ledende netværk, der i høj grad reducerer den elektriske modstand.

Den elektriske ledningsevne af kompositmaterialet er meget højere, mens keramikkens mekaniske egenskaber bevares, og slidstyrken er væsentligt forbedret. Som den tilsvarende forfatter, Dr. Manuel Belmonte, præciserer; dette gennembrud vil "tillade fremstilling af indviklede 3D-komponenter, udvidelse af den potentielle brug af avanceret keramik og andre isoleringsmaterialer." Holdet håber, at sådanne nanokompositmaterialer vil finde anvendelse i nye applikationer, såsom, mikroturbiner, mikroreaktorer, og bioimplantater.