UPV/EHU-universitetet i Baskien har forskare undersökt superelasticitetsegenskaper på en nanometrisk skala baserat på att skära ner en legerings pelare till nanometrisk storlek. I artikeln publicerad i Naturnanoteknik , forskarna fann att under en mikron i diameter, materialet beter sig annorlunda och kräver mycket högre stress för att deformeras. Detta superelastiska beteende öppnar nya kanaler för tillämpningen av mikrosystem som involverar flexibel elektronik och mikrosystem som kan implanteras i människokroppen.

Superelasticitet är en fysisk egenskap genom vilken det är möjligt att deformera ett material med upp till 10 procent, vilket är mycket högre än elasticiteten. Så när stress appliceras på en rak stång, det kan bilda en U-form, och när stressen avlägsnas, staven återupptar sin ursprungliga form. Även om detta har bevisats i makroskopiska material, ingen hade tidigare kunnat utforska dessa superelasticitetsegenskaper i mikrometriska och nanometriska storlekar, enligt José María San Juan, ledande forskare av artikeln publicerad av Naturnanoteknik och en UPV/EHU -professor.

Forskare vid UPV/EHU:s avdelning för kondenserad materiefysik och tillämpad fysik II har observerat att den superelastiska effekten bibehålls i små enheter i en koppar-aluminium-nickellegering-Cu-14Al-4Ni, en legering som uppvisar superelasticitet vid omgivningstemperatur.

Forskarna använde en utrustning som kallas en fokuserad jonstråle. "Det är en jonkanon som fungerar som en slags atomkniv som skär materialet, "förklarar San Juan. Forskarna byggde mikropilar och nanopilar i denna legering med diametrar mellan 2 μm och 260 nm. De applicerade stress med hjälp av ett sofistikerat instrument som kallas en nanoindenter, vilket gör att extremt små krafter kan appliceras, och sedan mätte de beteendet.

Forskarna har för första gången bekräftat och kvantifierat att det i diametrar på mindre än en mikrometer sker en betydande förändring i egenskaperna relaterade till den kritiska belastningen för superelasticitet. "Materialet börjar bete sig annorlunda och behöver en mycket högre stress för att detta ska ske. Legeringen fortsätter att visa superelasticitet men för mycket högre påfrestningar." San Juan lyfter fram nyheten med denna ökning av kritisk stress kopplad till storlek, och betonar också att de har kunnat förklara orsaken till denna beteendeförändring. "Vi har föreslagit en atommodell som belyser varför och hur atomstrukturen för dessa pelare förändras när en stress appliceras."

Mikrosystem med flexibel elektronik och enheter som kan implanteras i människokroppen

UPV/EHU -professorn betonade vikten av denna upptäckt, som öppnar nya kanaler i utformningen av strategier för att applicera legeringar med formminne för att utveckla flexibla mikrosystem och elektromekaniska nanosystem. "Flexibel elektronik används alltmer i plagg, sportskor, och på olika skärmar. "Han sa också att allt detta är av avgörande betydelse för att utveckla laboratoriehälsovårdsenheter som kan implanteras i människokroppen." Det kommer att vara möjligt att bygga små mikropumpar eller mikroaktuatorer som kan implanterat på ett chip, och som gör att ett ämne kan frigöras och regleras inuti människokroppen för en rad olika medicinska behandlingar. "