UPV/EHU-onderzoekers van de Universiteit van Baskenland hebben superelasticiteitseigenschappen op nanometrische schaal onderzocht op basis van het afschuiven van de pilaren van een legering tot nanometrische grootte. In het artikel gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , de onderzoekers ontdekten dat minder dan een micron in diameter, het materiaal gedraagt ​​zich anders en vereist veel hogere spanning om te vervormen. Dit superelastische gedrag opent nieuwe kanalen voor de toepassing van microsystemen met flexibele elektronica en microsystemen die in het menselijk lichaam kunnen worden geïmplanteerd.

Superelasticiteit is een fysieke eigenschap waarmee het mogelijk is om een ​​materiaal tot 10 procent te vervormen, die veel hoger is dan die van elasticiteit. Dus als er spanning wordt uitgeoefend op een rechte staaf, het kan een U-vorm vormen, en als de spanning is weggenomen, de staaf neemt zijn oorspronkelijke vorm weer aan. Hoewel dit is bewezen in macroscopische materialen, niemand was eerder in staat geweest om deze superelasticiteitseigenschappen in micrometrische en nanometrische afmetingen te onderzoeken, volgens José María San Juan, hoofdonderzoeker van het artikel gepubliceerd door Natuur Nanotechnologie en een UPV/EHU-professor.

Onderzoekers van de afdeling Fysica van de Gecondenseerde Materie en Technische Natuurkunde II van de UPV/EHU hebben waargenomen dat het superelastische effect behouden blijft in kleine apparaten in een koper-aluminium-nikkellegering - Cu-14Al-4Ni, een legering die superelasticiteit vertoont bij omgevingstemperatuur.

De onderzoekers gebruikten een apparaat dat bekend staat als een gefocusseerde ionenstraal. "Het is een ionenkanon dat fungeert als een soort atoommes dat het materiaal doorsnijdt, " legt San Juan uit. De onderzoekers bouwden micropilaren en nanopilaren van deze legering met diameters tussen 2 m en 260 nm. Ze oefenden spanning uit met behulp van een geavanceerd instrument dat bekend staat als een nano-indenter, waardoor extreem kleine krachten kunnen worden uitgeoefend, en dan hebben ze het gedrag gemeten.

De onderzoekers hebben voor het eerst bevestigd en gekwantificeerd dat er bij diameters van minder dan een micrometer een aanzienlijke verandering optreedt in de eigenschappen met betrekking tot de kritische spanning voor superelasticiteit. "Het materiaal begint zich anders te gedragen en heeft een veel hogere spanning nodig om dit te laten plaatsvinden. De legering blijft superelasticiteit vertonen, maar voor veel hogere spanningen." San Juan benadrukt de nieuwigheid van deze toename van kritische stress in verband met grootte, en benadrukt ook dat ze de reden voor deze gedragsverandering hebben kunnen verklaren. "We hebben een atomair model voorgesteld dat duidelijk maakt waarom en hoe de atomaire structuur van deze pilaren verandert wanneer er spanning wordt uitgeoefend."

Microsystemen met flexibele elektronica en apparaten die in het menselijk lichaam kunnen worden geïmplanteerd

De UPV/EHU-hoogleraar benadrukte het belang van deze ontdekking, die nieuwe kanalen opent in het ontwerp van strategieën voor het toepassen van legeringen met vormgeheugen om flexibele microsystemen en elektromechanische nanosystemen te ontwikkelen. "Flexibele elektronica wordt steeds vaker gebruikt in kleding, sportschoenen, en in verschillende displays." Hij zei ook dat dit alles van cruciaal belang is bij de ontwikkeling van lab-on-a-chip medische apparaten die in het menselijk lichaam kunnen worden geïmplanteerd. "Het zal mogelijk zijn om minuscule micropompen of microactuators te bouwen die kunnen worden geïmplanteerd op een chip, en waardoor een stof kan worden vrijgegeven en gereguleerd in het menselijk lichaam voor een reeks medische behandelingen."