En un descubrimiento que podría allanar el camino para nuevos materiales y aplicaciones, Los científicos de materiales del Instituto Politécnico de Rensselaer han descubierto que las cargas oscilantes a determinadas frecuencias pueden aumentar la resistencia de los compuestos con una interfaz modificada por una capa molecular de "nanoglue".

Un artículo recientemente publicado en Comunicaciones de la naturaleza informa el descubrimiento inesperado de los efectos de la frecuencia de carga sobre la energía de fractura de un compuesto multicapa que involucra un "nanoglue, "cuyo uso también fue pionero en Rensselaer.

"Desenterrando, comprensión, y manipular los fenómenos a nanoescala en las interfaces durante los estímulos dinámicos es clave para diseñar nuevos materiales con respuestas novedosas para las aplicaciones, "dijo Ganpati Ramanath, el profesor John Tod Horton de ciencia e ingeniería de materiales en Rensselaer y autor principal del estudio. "Nuestro trabajo demuestra que la introducción de una capa de nanopegamento 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 necesaria para fracturar un compuesto de polímero-metal-cerámica modificado con nano-pegamento se triplicó, y excedió la energía de fractura de carga estática. Este comportamiento es inesperado y significativo porque la energía de fractura es típicamente menor durante la carga cíclica que durante la carga estática. Este endurecimiento dependiente de la frecuencia se observó solo cuando se utilizó una capa de nanopegamento 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 material compuesto. Específicamente, el nanopegamento facilita la transferencia de carga a través de la interfaz metal-cerámica y disipa la energía en el polímero a través de la deformación plástica, conduciendo a un aumento de la energía de fractura.

"Nuestro descubrimiento abre un conjunto completamente nuevo de posibilidades para diseñar compuestos con respuestas novedosas utilizando diferentes combinaciones de polímeros y nanocapas interfaciales. Por ejemplo, podríamos realizar una clase completamente nueva de compuestos inteligentes que pueden endurecer significativamente, o tal vez incluso autodestruirse, a ciertas frecuencias, ", Dijo Ramanath.

"Nuestros hallazgos de los acoplamientos de beneficiarios entre el efecto nanoglue y las propiedades de un constituyente en un compuesto durante la carga cíclica abren un nuevo paradigma en la ingeniería de confiabilidad, "dijo el coautor Michael Lane, la Profesora Billie Sue Hurst de Química en Emory &Henry College. "La manipulación del acoplamiento puede hacer que los compuestos sean más robustos solo en 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 ".