En un descubrimiento que podría allanar el camino para nuevos materiales y aplicaciones, los científicos de materiales del Instituto Politécnico Rensselaer han descubierto que las cargas oscilantes a ciertas frecuencias pueden conducir a aumentos de varias veces en la resistencia de los compuestos con una interfaz que es modificada por uncapa molecular de "nanoglue".
Un artículo recientemente publicado en Comunicaciones de la naturaleza informa el descubrimiento inesperado de los efectos de la frecuencia de carga en la energía de fractura de un compuesto multicapa que involucra un "nanoglue", cuyo uso también fue pionero en Rensselaer.
Los compuestos diseñados a escala nanométrica son de interés en una variedad de aplicaciones que incluyen energía, electrónica y biomedicina. El rendimiento y la confiabilidad de tales compuestos a menudo se rigen por la integridad de las interfaces entre materiales diferentes durante las fluctuaciones de carga desencadenadas por la temperatura,estímulos eléctricos y mecánicos.
"Descubrir, comprender y manipular los fenómenos a nanoescala en las interfaces durante los estímulos dinámicos es clave para diseñar nuevos materiales con nuevas respuestas para las aplicaciones", dijo Ganpati Ramanath, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales John Tod Horton en Rensselaer y autor principalen el estudio: "Nuestro trabajo demuestra que la introducción de una capa de nanoglue en una interfaz de un compuesto en capas puede conducir a un gran endurecimiento mecánico a ciertas frecuencias de carga".
Ramanath y su equipo de colaboradores descubrieron que, a ciertas frecuencias de carga, la energía requerida para fracturar un compuesto de polímero-metal-cerámica modificado con nanogluencia se triplicó y excedió la energía de fractura de carga estática. Este comportamiento es inesperado y significativo porque la energía de fracturaes típicamente más bajo durante la carga cíclica que durante la carga estática.Este endurecimiento dependiente de la frecuencia se observó solo cuando se usó una capa de nanoglue para unir el metal y la cerámica.
Los resultados también muestran que, si bien la nanocapa es necesaria para que se produzca el endurecimiento, el rango de frecuencia y el grado de endurecimiento están determinados principalmente por las propiedades mecánicas del polímero en el compuesto. Específicamente, el nanoglue facilita la transferencia de carga a través del metal.interfaz cerámica y disipa energía en el polímero a través de la deformación plástica, lo que lleva a un aumento en la energía de fractura
"Nuestro descubrimiento abre un conjunto completamente nuevo de posibilidades para diseñar compuestos con respuestas novedosas usando diferentes combinaciones de polímeros y nanocapas interfaciales. Por ejemplo, podríamos darnos cuenta de una clase completamente nueva de compuestos inteligentes que pueden endurecerse significativamente, o tal vez incluso-destruct, a ciertas frecuencias ", dijo Ramanath.
"Nuestros hallazgos de los acoplamientos de beneficiarios entre el efecto de nanoglue y las propiedades de un componente en un compuesto durante la carga cíclica abre un nuevo paradigma en ingeniería de confiabilidad", dijo el coautor Michael Lane, profesor de química de Billie Sue Hurst en Emory &Henry College. "Manipular el acoplamiento en realidad puede hacer que los compuestos sean más robustos bajo las condiciones de carga que tradicionalmente hemos tratado de evitar y, por lo tanto, puede ampliar enormemente el alcance y mejorar el rendimiento de los compuestos en las aplicaciones".
Este trabajo innovador es el producto de una colaboración entre investigadores de múltiples disciplinas con sede en Nueva York, Virginia y Grenoble, Francia. Como tal, es ilustrativo de la naturaleza internacional e interdisciplinaria de The New Polytechnic, el modelo rectorpara investigación y educación en Rensselaer.
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Materiales proporcionado por Instituto Politécnico Rensselaer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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