Nanoestructuras con anelasticidad capaces de disipar energía

Se ha descubierto una propiedad en nanoestructuras complejas que hasta ahora solo se había encontrado en nanoestructuras simples. Estas estructuras complejas son nanorretículas con muchos huecos, parecidas a las esponjas marinas en su estructura. Los autores del hallazgo también han desentrañado la mecánica interna de los materiales que en las nanorretículas hacen posible esta propiedad.

La conducta observada había sido vista antes en nanoestructuras simples, como por ejemplo nanohilos, que son unas 1.000 veces más finos que un cabello. Sin embargo, esta es la primera vez que se observa en una nanoestructura 3D.

La investigación que ha conducido a estos descubrimientos la ha llevado a cabo un equipo que incluye a Chih-Hao Chang, de la Universidad de Texas en Austin, y Yong Zhu, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, ambas instituciones en Estados Unidos.

El fenómeno observado se llama anelasticidad. Está relacionado con la manera en que los materiales reaccionan a las tensiones mecánicas a lo largo del tiempo. Cuando los materiales estudiados en esta investigación se doblaron, pequeños defectos se movieron lentamente en respuesta al gradiente de tensión. Cuando se liberaba la tensión, los diminutos defectos volvían poco a poco  a su posición inicial, lo que da lugar al comportamiento anelástico.

Los investigadores también descubrieron que cuando estos defectos se mueven de un sitio a otro, permiten disipar energía. Esto significa que pueden mitigar los efectos de ondas de presión y de vibraciones.

Ejemplo de defecto en una nanoestructura 3D. (Imagen: The University of Texas at Austin / North Carolina State University)

Lo importante de todo esto, en el aspecto práctico, es que el material podría servir algún día como amortiguador de tensiones mecánicas en objetos muy pequeños. Por ejemplo, el material sería muy útil en la electrónica. Añadido a chips y a otros componentes delicados, los protegería de impactos o vibraciones externas.

Ahora que se han descubierto estas características que permiten la anelasticidad, el siguiente paso es controlarlas. Chang, Zhu y sus colegas examinarán la geometría de las nanoestructuras y experimentarán con diferentes condiciones para ver cómo optimizar el rendimiento anelástico para aplicaciones de disipación de energía.

El equipo de investigación expone los detalles técnicos del descubrimiento en la revista académica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), bajo el título “Anelasticity in thin-shell nanolattices”. (Fuente: NCYT de Amazings)