Las partículas porosas de calcio y silicato muestran potencial como bloques de construcción para una serie de aplicaciones como materiales de autocuración, ingeniería de tejidos óseos, suministro de medicamentos, aislamiento, cerámica y materiales de construcción, según los ingenieros de la Universidad de Rice que decidieron ver qué tan bienactúan a nanoescala.
Tras el trabajo previo sobre materiales de autocuración con bloques de construcción porosos, el científico de materiales de Rice Rouzbeh Shahsavari y el estudiante graduado Sung Hoon Hwang hicieron una amplia gama de partículas porosas de entre 150 y 550 nanómetros de diámetro, miles de veces más pequeñas que el grosor deuna hoja de papel, con poros del ancho de una hebra de ADN.
Luego ensamblaron las partículas en láminas y gránulos del tamaño de micras para ver qué tan bien se sostenían las matrices bajo presión de un nanoindenter, que prueba la dureza de un material.
Los resultados de más de 900 pruebas, reportados este mes en la American Chemical Society Materiales e interfaces aplicados por ACS mostró que las nanopartículas individuales más grandes eran un 120 por ciento más resistentes que las más pequeñas.
Esto, dijo Shahsavari, era una clara evidencia de un efecto de tamaño intrínseco en el que las partículas entre 300 y 500 nanómetros pasaban de frágiles a dúctiles, o flexibles, a pesar de que todas tenían los mismos poros pequeños de 2 a 4 nanómetros. Pero eransorprendido de encontrar que cuando se apilaron las mismas partículas grandes, el efecto de tamaño no se trasladó por completo a las estructuras más grandes.
Los principios revelados deberían ser importantes para los científicos e ingenieros que estudian las nanopartículas como bloques de construcción en todo tipo de fabricación de abajo hacia arriba.
"Con los bloques de construcción porosos, controlar el vínculo entre la porosidad, el tamaño de partícula y las propiedades mecánicas es esencial para la integridad del sistema para cualquier aplicación", dijo Shahsavari. "En este trabajo, encontramos que hay una fragilidad a dúctiltransición al aumentar el tamaño de partícula mientras se mantiene constante el tamaño de poro.
"Esto significa que las partículas de silicato de calcio submicrónicas más grandes son más resistentes y más flexibles en comparación con las más pequeñas, lo que las hace más tolerantes al daño", dijo.
El laboratorio probó matrices autoensambladas de las esferas pequeñas, así como matrices compactadas bajo el equivalente de 5 toneladas dentro de una prensa cilíndrica.
Se permitió que cuatro tamaños de esferas se autoensamblaran en películas. Cuando se sometieron a nanoindentación, los investigadores descubrieron que el efecto de tamaño intrínseco desapareció en gran medida ya que las películas mostraban una rigidez variable. Cuando era delgada, las partículas débilmente unidas simplemente se abrían pasopara que el penetrador se hunda hasta el sustrato de vidrio. Cuando era grueso, la película se rompió.
"Observamos que la rigidez aumenta en función de las fuerzas de indentación aplicadas porque a medida que aumenta la fuerza máxima, conduce a una mayor densificación de las partículas bajo carga", dijo Shahsavari. "Para cuando se alcanza la carga máxima,las partículas están bastante densamente empaquetadas y comienzan a comportarse colectivamente como una sola película ".
Los pellets hechos de nanoesferas compactadas de varios diámetros se deformaron bajo presión del nanoindenter pero no mostraron evidencia de endurecerse bajo presión, informaron.
"Como siguiente paso, estamos interesados en fabricar superestructuras autoensambladas con un tamaño de partícula sintonizable que permita mejor sus funcionalidades previstas, como la carga y descarga con selladores sensibles a estímulos, al tiempo que ofrece la mejor integridad mecánica", dijo Shahsavari.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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