Investigadores de la Universidad de Connecticut han descubierto que reducir el oxígeno en algunos materiales nanocristalinos puede mejorar su resistencia y durabilidad a temperaturas elevadas, una mejora prometedora que podría conducir a mejores biosensores, motores a reacción más rápidos y semiconductores de mayor capacidad.
"La estabilización de nanocristales a temperaturas elevadas es un desafío común", dice Peiman Shahbeigi-Roodposhti, investigador postdoctoral del Instituto de Ciencia de Materiales de UConn y autor principal del estudio. "En ciertas aleaciones, encontramos que altos niveles de oxígeno pueden conducira una reducción significativa en su eficiencia "
Utilizando un proceso de molienda especial en una guantera cerrada llena de gas argón, los científicos de UConn, trabajando en colaboración con investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, pudieron sintetizar cristales de nano-tamaño de hierro-cromo y hierro-cromo-hafnio conniveles de oxígeno tan bajos como 0.01 por ciento. Estos polvos de aleación casi sin oxígeno parecían ser mucho más estables que sus contrapartes comerciales con mayor contenido de oxígeno a temperaturas elevadas y bajo altos niveles de estrés.
"En este estudio, por primera vez, se desarrollaron nanomateriales óptimos libres de oxígeno", dice Sina Shahbazmohamadi, profesora asistente de ingeniería biomédica en UConn y coautora del artículo. "Diversas técnicas de caracterización, incluida la aberración avanzadaLa microscopía electrónica de transmisión corregida reveló una mejora significativa en la estabilidad del tamaño de grano a temperaturas elevadas ".
La estabilidad del tamaño de grano es importante para los científicos que buscan desarrollar la próxima generación de materiales avanzados. Al igual que los enlaces finos en una malla tejida intrincadamente, los granos son los sólidos pequeños de los que están hechos los metales. Los estudios han demostrado que los granos más pequeños son mejores cuando se trata depara fabricar metales más fuertes y resistentes que sean menos propensos al agrietamiento, mejores conductores de electricidad y más duraderos a altas temperaturas y bajo estrés extremo. Los recientes avances en tecnología han permitido a los científicos de materiales desarrollar granos en la escala de solo 10 nanómetros, lo cual esdecenas de miles de veces más pequeñas que el grosor de una hoja de papel o el ancho de un cabello humano. Tales nanocristales solo pueden verse bajo microscopios extremadamente potentes.
Pero el proceso no es perfecto. Cuando algunos nanogranos se crean a granel para aplicaciones como semiconductores, la estabilidad de su tamaño puede fluctuar bajo temperaturas y tensiones más altas. Fue durante la investigación de esta inestabilidad que Shahbeigi-Roodposhti y elEl equipo de investigación de UConn aprendió el papel que desempeñaba el oxígeno en el debilitamiento de la estabilidad de los nanocristales a altas temperaturas.
"Este es solo un primer paso, pero esta línea de investigación podría en última instancia conducir al desarrollo de motores a reacción más rápidos, más capacidad en semiconductores y más sensibilidad en biosensores", dice Shahbeigi-Roodposhti.
En el futuro, los investigadores de UConn tienen la intención de probar su teoría en otras aleaciones para ver si la presencia o ausencia de oxígeno afecta su rendimiento a temperaturas elevadas.
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Materiales proporcionado por Universidad de Connecticut . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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