Een team van onderzoekers onder leiding van wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) heeft een nieuwe beeldvormingstechniek ontwikkeld waarmee ze kunnen zien hoe mechanische schade op moleculaire schaal begint. De techniek, genaamd scanning probe microscopy (SPM) met hoge resolutie, kan materialen met een ongekende resolutie in beeld brengen, waardoor onderzoekers individuele atomen en moleculen kunnen zien.

SPM werkt door een scherpe punt over het oppervlak van een materiaal te scannen. Terwijl de punt beweegt, interageert deze met de atomen en moleculen op het oppervlak, waardoor ze gaan trillen. De trillingen worden gedetecteerd door de punt, die vervolgens wordt gebruikt om een ​​beeld van het oppervlak te creëren.

De onderzoekers gebruikten SPM om het oppervlak van een metaallegering in beeld te brengen die aan mechanische spanning was blootgesteld. Ze ontdekten dat de spanning ervoor had gezorgd dat de atomen in de legering zichzelf hadden herschikt, waardoor kleine scheurtjes en defecten ontstonden. Deze scheuren en defecten kunnen uiteindelijk leiden tot het falen van het materiaal.

De onderzoekers zeggen dat SPM kan worden gebruikt om een ​​grote verscheidenheid aan materialen te bestuderen, waaronder metalen, keramiek, polymeren en biologische materialen. De techniek zou kunnen worden gebruikt om nieuwe materialen te ontwikkelen die beter bestand zijn tegen mechanische schade, en om de prestaties van bestaande materialen te verbeteren.

"SPM is een krachtig nieuw hulpmiddel waarmee we kunnen zien hoe mechanische schade op moleculaire schaal begint", zegt materiaalwetenschapper Dr. Amitesh Paul uit Argonne, die het onderzoeksteam leidde. "Deze informatie kan worden gebruikt om nieuwe materialen te ontwikkelen die beter bestand zijn tegen schade, en om de prestaties van bestaande materialen te verbeteren."

De bevindingen van het onderzoeksteam werden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

Financiering voor het onderzoek werd verstrekt door het DOE's Office of Science en de National Science Foundation.