Ingeniería

El sistema universal más pequeño del mundo para prueba de materiales


En el mundo de la nanotecnología, donde la caracterización mecánica de los materiales y las estructuras tiene lugar en la escala de los átomos y las moléculas, los sistemas existentes de comprobación de materiales son inútiles. El desarrollo de un sistema universal de comprobación de materiales en escala nanométrica (o n-MTS), que podría operar en los microscopios electrónicos existentes (instrumentos que pueden magnificar las imágenes aproximadamente un millón de veces) y que poseería la precisión necesaria para testear mecánicamente objetos de tamaño nanométrico, ha sido un importante desafío para la comunidad científica.

Ahora, investigadores de la Northwestern University han diseñado y construido la primera micromáquina completa que hace posible la investigación de los fenómenos de la nanomecánica en tiempo real. La máquina, que puede encajar en los diminutos espacios requeridos para la transmisión in situ de la microscopía electrónica (TEM), ha caracterizado con éxito las propiedades mecánicas de los nanocables y los nanotubos de carbono.

El n-MTS desarrollado por Horacio D. Espinosa, profesor de diseño mecánico, y sus colegas, consiste en un actuador y un sensor de carga fabricados por medio de la microtecnología. El sensor de carga está basado en un método de detección que proporciona una resolución de carga de aproximadamente 10 nanonewtons. Este es el primer sistema a escala nanométrica para la comprobación de materiales que proporciona la observación continua de la deformación del espécimen y su fallo con resolución subnanométrica mientras mide simultáneamente, por medios electrónicos, las fuerzas aplicadas. La integración de componentes electromecánicos y termomecánicos a escala microscópica hizo posible este logro.

Uno de los desafíos superado por los investigadores fue la integración de sistemas microelectromecánicos (MEMS) con circuitos para la medición de señales electrónicas. Resolvieron este problema usando una arquitectura de doble chip que consiste en un chip de MEMS y un chip microelectrónico sensor.

Otro desafío superado por el equipo fue el montaje de la nanoestructura individual en el dispositivo de comprobación. Usando un nanomanipulador dentro de un microscopio electrónico de escaneo por doble haz, y un equipo de haz de iones enfocados (una nueva herramienta disponible para los nanocientíficos), los investigadores sujetaron las nanoestructuras, las cortaron en la longitud deseada y luego nanosoldaron estas estructuras dentro del n-MTS usando deposición de platino inducida por haz electrónico.

Las capacidades del sistema se demostraron mediante la microscopía electrónica in situ, probando películas de polisilicio autosustentadas, nanocables metálicos y nanotubos de carbono. El equipo de Espinosa logró la primera observación de fallo en nanotubos de carbono bajo carga de tensión mecánica, por transmisión de microscopía electrónica in situ y en tiempo real.

Los n-MTS pueden aplicarse potencialmente para caracterizar las propiedades mecánicas, térmicas y electromecánicas no sólo de nanocables y de nanotubos, sino también de un gran número de materiales orgánicos incluyendo al ADN, las proteínas y las nanofibras.



Hay un comentario
roberto – buenos airs
12/03/09 - 20:58
Tema: jajajajajjajajajajaj

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