El futuro tecnológico de todo, desde automóviles y motores a reacción hasta plataformas petrolíferas, junto con los gadgets, electrodomésticos y servicios públicos que comprenden Internet de las cosas, Dependerá de sensores microscópicos.

El problema es que estos sensores están hechos principalmente de silicio, que tiene sus límites. El científico de materiales e ingeniero mecánico de la Universidad Johns Hopkins, Kevin J. Hemker, ha dirigido un equipo que ahora informa sobre el éxito en el desarrollo de un nuevo material que promete ayudar a garantizar que estos sensores, también conocidos como sistemas microelectromecánicos, puede seguir satisfaciendo las demandas de la próxima frontera tecnológica.

"Por un numero de años, hemos estado tratando de hacer MEMS a partir de materiales más complejos "que sean más resistentes a los daños y que conduzcan mejor el calor y la electricidad, dijo Hemker, la Cátedra Alonzo G. Decker de Ingeniería Mecánica de la Whiting School of Engineering. Hemker trabajó con un grupo de estudiantes, científicos de investigación, becarios postdoctorales y profesores de Whiting. Los resultados de sus exitosos experimentos se informan en el número actual de la revista. Avances de la ciencia .

La mayoría de los dispositivos MEMS tienen estructuras internas más pequeñas que el ancho de una hebra de cabello humano y tienen forma de silicona. Estos dispositivos funcionan bien en temperaturas medias, pero incluso cantidades modestas de calor, un par de cientos de grados, hacen que pierdan su fuerza y ​​su capacidad para conducir señales electrónicas. El silicio también es muy frágil y propenso a romperse.

Por estas razones, mientras que el silicio ha sido el corazón de las tecnologías MEMS durante varias generaciones, el material no es ideal, especialmente bajo el calor intenso y el estrés físico que los futuros dispositivos MEMS tendrán que soportar para habilitar tecnologías como Internet de las cosas.

"Estas aplicaciones exigen el desarrollo de materiales avanzados con mayor resistencia, densidad, conductividad eléctrica y térmica "que mantienen su forma y se pueden fabricar y moldear a escala microscópica, escribieron los autores del artículo. "Los materiales MEMS con este conjunto de propiedades no están disponibles actualmente".

La búsqueda de nuevos materiales llevó a los investigadores a considerar combinaciones de metales que contienen níquel, que se usa comúnmente en materiales estructurales avanzados. Superaleaciones a base de níquel, por ejemplo, se utilizan para fabricar motores a reacción. Considerando la necesidad de estabilidad dimensional, los investigadores experimentaron agregando los metales molibdeno y tungsteno con la esperanza de frenar el grado en que el níquel puro se expande con el calor.

En un equipo del tamaño de un refrigerador en un laboratorio en Johns Hopkins, el equipo golpeó objetivos con iones para vaporizar las aleaciones en átomos, depositarlos sobre una superficie, o sustrato. Esto creó una película que se puede despegar, creando así películas independientes con un grosor promedio de 29 micrones, menos que el grosor de un cabello humano.

Estas películas de aleación independientes exhibieron propiedades extraordinarias. Cuando se tira, mostraban una resistencia a la tracción, es decir, la capacidad de mantener la forma sin deformarse ni romperse, tres veces mayor que el acero de alta resistencia. Si bien algunos materiales tienen resistencias similares, o no resisten a altas temperaturas o no se pueden moldear fácilmente en componentes MEMS.

"Pensamos que la aleación nos ayudaría con la resistencia y la estabilidad térmica, ", dijo Hemker." Pero no sabíamos que nos iba a ayudar tanto como lo hizo ".

Dijo que la notable resistencia del material se debe al patrón a escala atómica de la estructura cristalina interna de la aleación. La estructura refuerza el material y tiene la ventaja adicional de no obstaculizar la capacidad del material para conducir electricidad.

La estructura "ha dado a nuestras películas una excelente combinación, [a] equilibrio de propiedades, "Dijo Hemker.

Las películas pueden soportar altas temperaturas y son tanto térmica como mecánicamente estables. Los miembros del equipo están ocupados planificando el siguiente paso del desarrollo, que implica dar forma a las películas en componentes MEMS. Hemker dijo que el grupo ha presentado una solicitud de patente provisional para la aleación.

Los otros investigadores del proyecto fueron Timothy P. Weihs, profesor de ciencia e ingeniería de materiales; Jessica A. Krogstad, Gi-Dong Sim, y K. Madhav Reddy, quienes fueron becarios postdoctorales durante varias etapas del proyecto; el científico investigador Kelvin Y. Xie, y la actual estudiante de posgrado Gianna Valentino.