Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin en North Carolina State University hebben voor het eerst een unieke eigenschap ontdekt in complexe nanostructuren die tot nu toe alleen in eenvoudige nanostructuren is gevonden. Daarnaast hebben ze de interne mechanica van de materialen ontrafeld die deze eigenschap mogelijk maken.

In een nieuw artikel dat deze week is gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences , vonden de onderzoekers deze eigenschappen in op oxide gebaseerde 'nanolattices', kleine, holle materialen die qua structuur vergelijkbaar zijn met dingen als zeesponzen.

"Dit is eerder gezien in eenvoudige nanostructuren, zoals een nanodraad, die ongeveer 1000 keer dunner is dan een haar", zegt Yong Zhu, een professor in de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van NC State, en een van de hoofdauteurs van de krant. "Maar dit is de eerste keer dat we het in een 3D-nanostructuur hebben gezien."

Het fenomeen in kwestie wordt anelasticiteit genoemd. Het heeft betrekking op hoe materialen in de loop van de tijd op spanningen reageren. Toen de in dit artikel bestudeerde materialen werden gebogen, bewogen kleine defecten langzaam als reactie op de spanningsgradiënt. Toen de spanning werd opgeheven, keerden de kleine defecten langzaam terug naar hun oorspronkelijke positie, wat resulteerde in het anelastische gedrag.

De onderzoekers ontdekten ook dat wanneer deze defecten heen en weer bewegen, ze energiedissipatie-eigenschappen ontgrendelen. Dit betekent dat ze zaken als drukgolven en trillingen kunnen afvoeren.

Het materiaal zou ooit als schokdemper kunnen dienen, maar omdat het zo licht en dun is, zou het op zeer kleine schaal zijn. De onderzoekers zeggen dat het zinvol kan zijn als onderdeel van chips voor elektronica of andere geïntegreerde elektronische apparaten.

"Je zou dit materiaal mogelijk onder de halfgeleiderchips kunnen plaatsen en ze beschermen tegen schokken of trillingen van buitenaf", zegt Chih-Hao Chang, universitair hoofddocent bij de Walker Department of Mechanical Engineering aan de UT Austin.

Nu deze anelastische eigenschappen zijn ontdekt, is de volgende stap om ze te beheersen. De onderzoekers zullen de geometrie van de nanostructuren onderzoeken en experimenteren met verschillende belastingscondities om te zien hoe de anelastische prestaties voor energiedissipatietoepassingen kunnen worden geoptimaliseerd.

Teamleden van UT Austin waren onder meer Chang en I-Te Chen, een voormalig Ph.D. leerling. Teamleden van NC State waren Zhu, Felipe Robles Poblete en Abhijeet Bagal, beiden voormalig Ph.D. studenten. + Verder verkennen

Team meldt gigantische reactie van halfgeleiders op licht