La imagen SEM de un nanoarreglo de haz cuasi-BCC molido con FIB. Crédito: Imagen de IMP
Metamateriales fabricados con capacidad de absorción de energía ultra alta
Los investigadores han creado un metamaterial de nanorrejilla con una capacidad de absorción de energía ultraalta utilizando tecnología de rastreo de iones, logrando un diámetro de haz bajo récord de 34 nm y demostrando una excelente absorción de energía y resistencia a la compresión.
Investigadores chinos han fabricado con éxito metamateriales mecánicos con una capacidad de absorción de energía ultraelevada utilizando tecnología de rastreo de iones. Los resultados se publicaron en Nature Communications como Editors’ Highlights.
El estudio fue realizado por investigadores del Centro de Investigación de Materiales del Instituto de Física Moderna (IMP) de la Academia China de Ciencias (CAS) y sus colaboradores en la Universidad de Chongqing.
Los metamateriales mecánicos se refieren a una clase de materiales compuestos con estructuras diseñadas artificialmente, que exhiben propiedades mecánicas extraordinarias de las que carecen los materiales tradicionales. Entre ellos, los metamateriales mecánicos absorbentes de energía pueden absorber energía mecánica de manera más eficiente, lo que requiere que el propio material tenga alta resistencia y alta capacidad de deformación, que, sin embargo, difícilmente coexisten en general.
Nanolattice es una nueva clase de metamateriales mecánicos con tamaños característicos a nanoescala. Debido a los efectos del tamaño, la configuración geométrica y la selección del material, las propiedades mecánicas de este tipo de material poroso son muy diferentes a las de los materiales a granel. Dadas sus propiedades mecánicas aún mejores con un peso más ligero, se espera que nanolattice traiga aplicaciones revolucionarias en el campo de los materiales funcionales de alto rendimiento en el futuro.
La nanored estructurada por haces es el foco de la investigación de metamateriales de nanoredes. Sin embargo, ha sido un gran desafío fabricar nanoredes de haz de metal con un diámetro de haz inferior a 100 nm y, por lo tanto, sus propiedades mecánicas siguen siendo ambiguas.
En este trabajo, con sede en el Centro de Investigación de Iones Pesados de Lanzhou (HIRFL), los investigadores fabricaron un nuevo tipo de metamaterial mecánico de nanorrejilla de haz cúbico centrado en el cuerpo (cuasi-BCC) con tecnología de seguimiento de iones. El diámetro del haz de la nanored casi BCC puede ser tan pequeño como 34 nm, un diámetro de haz bajo récord para metamateriales mecánicos.
Además, los investigadores demostraron que las nanoredes de haz cuasi-BCC de oro y cobre tienen una excelente capacidad de absorción de energía y resistencia a la compresión. Los experimentos mostraron que la capacidad de absorción de energía de la nanomatriz de haz cuasi-BCC de cobre supera la de la nanomatriz de haz informada anteriormente. La resistencia al flujo de las nanoredes de haz cuasi-BCC de oro y cobre supera la de los materiales a granel correspondientes en menos de la mitad de la densidad de estos últimos.
Además, los investigadores revelaron que las extraordinarias propiedades mecánicas se deben principalmente al efecto sinérgico de los efectos de tamaño, la geometría cuasi-BCC y la buena ductilidad de los metales.
Este estudio arroja luz sobre las propiedades mecánicas de las nanoredes de haz y aplica la tecnología de seguimiento de iones como un nuevo método para la exploración de nanoredes de haz con capacidad de absorción de energía ultraalta.
Referencia: “Metamateriales mecánicos hechos de nanoredes cuasi-BCC independientes de oro y cobre con capacidad de absorción de energía ultra alta” por Hongwei Cheng, Xiaoxia Zhu, Xiaowei Cheng, Pengzhan Cai, Jie Liu, Huijun Yao, Ling Zhang y Jinglai Duan, 4 de marzo 2023, Comunicaciones de la Naturaleza.
DOI: 10.1038/s41467-023-36965-4
