Los investigadores del Technion han descubierto la naturaleza de las capas de nanómetros de espesor entre diferentes materiales y han descubierto que tienen propiedades tanto sólidas como líquidas. Al hacerlo, los investigadores hicieron una adición crucial a la teoría de Gibbs que describe los aspectos fundamentales de la termodinámica de las interfaces.

El artículo recientemente publicado en Ciencias demuestra experimentalmente que la formación de una capa muy delgada (del orden de un nanómetro de espesor) en las interfaces reduce la energía de la interfaz, y promueve la adhesión y la estabilidad de la interfaz. La capa delgada no es un estado convencional de la materia, en que no es ni sólido ni líquido, sino algo intermedio.

Los resultados podrían permitir a los científicos mejorar la resistencia de la unión entre materiales cerámicos y metales. dos tipos de materiales que "no les gusta" entrar en contacto. Las muchas aplicaciones del mundo real incluyen herramientas de corte para trabajar metales; compuestos para pastillas de freno; las uniones entre cables conductores de metal y chips en computadoras; y la aplicación de revestimientos cerámicos protectores en las palas de los motores a reacción.

"Hasta ahora, nadie había podido entender por qué existen estas capas delgadas, o si fueran un estado temporal o de equilibrio, ”Explica el profesor Wayne D. Kaplan, Decano del Departamento de Ingeniería de Materiales del Technion. “Si bien se conocía su existencia en las interfaces entre los cristales cerámicos y en la superficie del hielo, había un debate en curso sobre la causa de este fenómeno y sus propiedades ".

A través de una larga serie de experimentos, El Dr. Mor Baram demostró que existe una capa delgada en la interfaz entre los metales y los materiales cerámicos, lo que reduce la energía de la interfaz. La investigación fue el trabajo de doctorado del Dr. Baram, y se llevó a cabo bajo la supervisión del Prof. Kaplan en cooperación con el Dr. Dominique Chatain del CNRS en Francia.

“Este fenómeno nos permite patinar sobre hielo, reduce las propiedades mecánicas de los materiales cerámicos a altas temperaturas, afecta la morfología de los cristales en los materiales de ingeniería policristalinos modernos, y contribuye a la estabilidad de los dispositivos microelectrónicos modernos, ”Dice el profesor Kaplan.

El equipo llevó a cabo nuevos experimentos en el Technion utilizando el nuevo microscopio electrónico "Titán" y un haz de iones enfocado (FIB). Esto incluyó un baño de zafiro con una fina película de oro (0,6 micrones de espesor) (para comparación, una sola hebra de cabello tiene un grosor de 80-100 micrones), y calentar las muestras hasta que alcancen el equilibrio (es decir, hasta que la película de oro se rompa en miles de millones de pequeños cristales de oro en el zafiro). Los investigadores también incluyeron una fuente de elementos en el zafiro que se sabe que juegan un papel en la formación de la capa entre diferentes materiales (en este caso, silicio y calcio). A medida que las muestras alcanzaron el equilibrio, el calcio y el silicio se movieron a la interfaz entre el oro y el zafiro, y un delgado (0.0012 micrones, o 1,2 nanómetros de espesor) se creó una capa.

Luego, los investigadores pudieron medir con éxito la energía almacenada entre el oro y el zafiro en presencia de la capa delgada. Al hacerlo, demostraron que su presencia disminuye la energía de la interfaz, y por tanto mejora su estabilidad.