A través de este proceso de "escultura a nanoescala", los metales como el aluminio, el titanio o el zinc pueden unirse permanentemente con casi todos los demás materiales, volverse repelentes al agua o mejorar su biocompatibilidad. El espectro potencial de aplicaciones de estas "super conexiones"es extremadamente amplio, desde trabajos en metal en la industria hasta implantes más seguros en tecnología médica. Sus resultados ya han sido publicados en la revista Horizontes a nanoescala de la Royal Society of Chemistry.
"Hemos aplicado una tecnología a los metales que antes solo se conocía de los semiconductores. Usar este proceso de esa manera es completamente nuevo", dijo el Dr. Jürgen Carstensen, coautor de la publicación. En el proceso, ella superficie de un metal se convierte en un semiconductor, que puede grabarse químicamente y, por lo tanto, modificarse específicamente como se desee ". Como tal, hemos desarrollado un proceso que, a diferencia de otros procesos de grabado, no daña los metales y no afectasu estabilidad ", enfatizó el profesor Rainer Adelung, jefe del equipo de" Nanomateriales Funcionales "en el Instituto de Ciencia de Materiales. Adelung enfatizó la importancia del descubrimiento:" De esta manera, podemos conectar permanentemente metales que antes no podían unirse directamente,como el cobre y el aluminio "
¿Cómo funciona exactamente el proceso de "escultura a nanoescala"?
Las superficies de los metales consisten en muchos cristales y granos diferentes, algunos de los cuales son menos químicamente estables que otros. Estas partículas inestables se pueden eliminar específicamente de la superficie de un metal mediante un grabado específico. La capa superior de la superficie se endureceproceso de grabado, creando una estructura de superficie tridimensional. Esto cambia las propiedades de la superficie, pero no del metal en su conjunto. Esto se debe a que el grabado tiene solo 10 a 20 micrómetros de profundidad, una capa tan delgada como un cuarto deel diámetro del cabello humano. Por lo tanto, el equipo de investigación ha denominado el proceso "escultura a nanoescala"
El cambio debido al grabado es visible a simple vista: la superficie tratada se vuelve mate. "Si, por ejemplo, tratamos un metal con papel de lija, también logramos un cambio notable en la apariencia, pero esto es solo bidimensional,y no cambia las características de la superficie ", explicó el Dr. Mark-Daniel Gerngross del equipo de investigación en ciencias de los materiales de Kiel.
A través del proceso de grabado, se crea una estructura 3D con pequeños ganchos. Si se aplica un polímero de unión entre dos metales tratados, las superficies se entrelazan entre sí en todas las direcciones como un rompecabezas tridimensional ". Estos 3-Las conexiones de rompecabezas en D son prácticamente irrompibles. En nuestros experimentos, generalmente fue el metal o el polímero el que se rompió, pero no la conexión en sí ", dijo Melike Baytekin-Gerngross, autora principal de la publicación.
Superficies con propiedades multifuncionales
Incluso una capa delgada de grasa, como la que deja una huella dactilar en una superficie, no afecta la conexión. "En nuestras pruebas, incluso untamos aceite de la caja de engranajes en superficies metálicas. La conexión aún se mantuvo", explicó Baytekin-GerngrossLa laboriosa limpieza de las superficies, como el pretratamiento de los cascos de los barcos antes de que puedan pintarse, podría volverse innecesaria.
Además, el equipo de investigación expuso las conexiones del rompecabezas al calor y la humedad extremos, para simular las condiciones climáticas. Esto tampoco afectó su estabilidad. Carstensen enfatizó: "Nuestras conexiones son extremadamente robustas y resistentes a la intemperie".El efecto del proceso es que el grabado hace que las superficies de metal sean repelentes al agua. La estructura de gancho resultante funciona como un laberinto 3D estrechamente entrelazado, sin agujeros que puedan ser penetrados por el agua. Por lo tanto, los metales poseen un tipo de corrosión incorporadaprotección ". En realidad, no conocemos este tipo de comportamiento de metales como el aluminio. Un efecto de loto con metales puros, es decir, sin aplicar un revestimiento repelente al agua, eso es nuevo", dijo Adelung.
aplicaciones potencialmente ilimitadas
"La gama de aplicaciones potenciales es extremadamente amplia, desde industrias metalúrgicas como la construcción de barcos o la aviación, hasta tecnología de impresión y protección contra incendios, hasta aplicaciones médicas", dijo Gerngross. Porque el proceso de "escultura a nanoescala" no solocrea una estructura de superficie en 3D, que se puede unir puramente físicamente sin productos químicos, el grabado específico también puede eliminar partículas dañinas de la superficie, lo que es de gran interés en la tecnología médica.
El titanio se usa a menudo para implantes médicos. Para fijar mecánicamente el titanio en su lugar, se agregan pequeñas cantidades de aluminio. Sin embargo, el aluminio puede desencadenar efectos secundarios indeseables en el cuerpo ". Con nuestro proceso, podemos eliminar las partículas de aluminio dela capa superficial, y así obtener una superficie significativamente más pura, que es mucho más tolerable para el cuerpo humano. Debido a que solo grabamos la capa superior en una escala micrométrica, la estabilidad de todo el implante no se ve afectada ", explicó Carstensen.
Los investigadores han solicitado hasta ahora cuatro patentes para el proceso. Las empresas ya han mostrado un interés sustancial en las posibles aplicaciones. "Y nuestros colegas especialistas en ciencias de los materiales también han reaccionado con entusiasmo a nuestros descubrimientos", dijo Adelung encantado.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Kiel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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