(PhysOrg.com) - Arthur sacó una espada de una piedra, demostrando a un reino que el derecho vence al poder. Los investigadores de la Universidad de Rice están haciendo el mismo punto en el ámbito de la nanoescala.

En este caso, la espada es un nanotubo de carbono de paredes múltiples y la piedra es una cuenta de epoxi.

Saber con precisión cuánta fuerza se necesita para sacar el nanotubo de la cuenta es esencial para que los científicos de materiales avancen en el arte de hacer más fuerte, compuestos más ligeros para todo, desde artículos deportivos hasta naves espaciales.

Un equipo dirigido por Jun Lou, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en Rice, y el primer autor Yogeeswaran Ganesan, quien recientemente obtuvo su doctorado en el laboratorio de Lou, ha publicado un artículo en la revista Applied Materials and Interfaces de la American Chemical Society en el que describe su trabajo para medir la dureza de la interfaz de los compuestos epoxi reforzados con nanotubos de carbono.

Lou Ganesan y sus colegas tienen un segundo artículo nuevo en ACS Nano sobre el uso de la misma técnica para medir el efecto del dopaje con nitrógeno sobre las propiedades mecánicas de los nanotubos de carbono.

Los nanotubos se están abriendo camino en los productos a medida que los fabricantes confían en su reputación de resistencia y ligereza. Uno puede comprar bates de béisbol raquetas de tenis y bicicletas de alto precio reforzadas con nanotubos.

"Los nanotubos de carbono son tan pequeños (un mechón de cabello es 50, 000 veces más ancho) que para usarlos a escala humana, tienes que hacer algo para agrandarlos, "Dijo Lou.

Una de esas formas es mezclarlos en compuestos, una ciencia imperfecta que implica mucho ensayo y error, ya que no se comprende bien la posible fuerza de la interfaz entre cada tipo de nanotubo y cada tipo de material base. Lou y su equipo pretenden eliminar las conjeturas con una forma de medir las propiedades importantes de un compuesto antes de mezclar el primer lote.

"No desea gastar mucho tiempo y dinero en un tratamiento químico sofisticado sin saber lo que está sucediendo en la interfaz crítica, "Dijo Lou.

Las pruebas de extracción de una sola fibra se han utilizado desde los primeros días de la fabricación de compuestos para medir no solo la resistencia de una unión, sino también cuando, por qué y cómo se romperá. Eso es difícil en la nanoescala. Otros han utilizado microscopios de fuerza atómica como parte del mecanismo de tracción, pero el método tiene sus limitaciones, Dijo Lou.

El equipo de Rice ha construido un dispositivo mejor:un resorte Conjunto micromecánico push-pull en un chip de silicio que permite a los investigadores ensartar un nanotubo de paredes múltiples a una capa de epoxi en un lado mientras el otro se mantiene firmemente en su lugar con un ancla de platino. Al presionar el resorte se aplica la misma fuerza en ambos lados, permitiendo a los investigadores ver cuánto se necesita para sacar el tubo del epoxi.

El equipo informó en el primer artículo que las fuerzas de unión de nanotubos de paredes múltiples a un epoxi de uso general llamado Epon 828 eran en realidad más débiles de lo que esperaban. "Hemos comenzado a comprender que agregar nanotubos al material a granel no siempre le brinda mejores propiedades, "Dijo Lou." Tienes que tener mucho cuidado con la forma en que los agregas y el tipo de interfaz que forman ".

Debido a que los lotes de nanotubos tienden a pegarse, algunos fabricantes funcionalizan sus superficies para dispersarlas antes de mezclarlas en un material. "Pero eso puede romper el muro exterior, y eso es algo malo, "Dijo Lou." Si haces algo para que los nanotubos se dispersen fácilmente pero disminuyan su fuerza intrínseca, te estás disparando en el pie ".

Por otra parte, él dijo, "Si los fabricantes necesitan un material resistente que absorba energía sin romperse, una interfaz más débil puede no ser algo malo. Durante este proceso de extracción, hay mucha fricción en la interfaz del nanotubo y la matriz, y la fricción es efectivamente una forma de disipar la energía ".

A veces, el producto final es mejor si el nanotubo se estira antes de romperse. En el documento ACS Nano, el equipo comparó la resistencia a la tracción de los nanotubos de carbono de paredes múltiples dopados con nitrógeno y prístinos. Descubrieron que los tubos prístinos tienden a romperse de manera quebradiza, mientras que los tubos dopados con nitrógeno exhiben signos de plasticidad - "estrechamiento" antes de romperse.

Eso puede ser deseable para ciertos materiales, Dijo Lou. “No se construye un puente con cerámica. Se construye con acero debido a su plasticidad.

"Si podemos desarrollar un compuesto de nanotubos con plasticidad a temperatura ambiente, va a ser fantástico, ", dijo." Encontrará muchos, muchos usos."

Lou dijo que la versátil técnica de Rice para realizar experimentos nanomecánicos está preparada para encontrar muchas respuestas buscadas durante mucho tiempo. "Desarrollar la capacidad de diseñar nanocompuestos con propiedades mecánicas adaptadas a aplicaciones específicas es el proverbial santo grial de toda la investigación de nanocompuestos estructurales, ", Dijo Ganesan." La técnica esencialmente nos acerca un paso más hacia el logro de este objetivo ".