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  • Una nueva forma de hacer superficies microestructuradas

    El nuevo proceso desarrollado por John Hart del MIT y otros pueden producir matrices de formas 3-D, basado en nanotubos de carbono que crecen a partir de una superficie. En este ejemplo, todos los nanotubos están alineados para curvarse en la misma dirección.

    Un equipo de investigadores ha creado una nueva forma de fabricar superficies microestructuradas que tienen texturas tridimensionales novedosas. Estas superficies, hecho por autoensamblaje de nanotubos de carbono, podría exhibir una variedad de propiedades útiles, incluida la rigidez y resistencia mecánicas controlables, o la capacidad de repeler el agua en una determinada dirección.

    "Hemos demostrado que las fuerzas mecánicas se pueden utilizar para dirigir nanoestructuras para formar microestructuras tridimensionales complejas, y que podemos controlar de forma independiente ... las propiedades mecánicas de las microestructuras, "dice A. John Hart, el profesor asociado de desarrollo de carrera de Mitsui de ingeniería mecánica en el MIT y autor principal de un artículo que describe la nueva técnica en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

    La técnica funciona induciendo a los nanotubos de carbono a doblarse a medida que crecen. El mecanismo es análogo al doblado de una tira bimetálica, utilizado como control en termostatos antiguos, a medida que se calienta:un material se expande más rápido que otro adherido a él. Pero en este nuevo proceso, el material se dobla cuando es producido por una reacción química.

    El proceso comienza imprimiendo dos patrones en un sustrato:uno es un catalizador de nanotubos de carbono; el segundo material modifica la tasa de crecimiento de los nanotubos. Al compensar los dos patrones, los investigadores demostraron que los nanotubos se doblan en formas predecibles a medida que se extienden.

    Al imprimir diferentes patrones en el sustrato, esta técnica puede producir una amplia variedad de formas tridimensionales complejas. En estas imágenes, el patrón impreso inicial se muestra en forma de diagrama (arriba a la izquierda), seguido de imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de las formas individuales de nanotubos de carbono resultantes que producen. Las principales imágenes SEM muestran una variedad de esas formas:A, retorcido, formas de hélice; B, semicírculos que se curvan hacia afuera; C, deformación en espiral de microestructuras de paredes delgadas; y D, una organización colectiva de formas de flexión en un patrón ondulado.

    "Podemos especificar estas sencillas instrucciones bidimensionales, y hacer que los nanotubos formen formas complejas en tres dimensiones, "dice Hart. Donde los nanotubos que crecen a diferentes velocidades son adyacentes, "se empujan y tiran unos de otros, "produciendo formas más complejas, Hart explica. "Es un nuevo principio de uso de la mecánica para controlar el crecimiento de un material nanoestructurado, " él dice.

    Pocos procesos de fabricación de alto rendimiento pueden lograr tal flexibilidad en la creación de estructuras tridimensionales, Hart dice. Esta tecnica, él añade, es atractivo porque se puede utilizar para crear grandes extensiones de las estructuras simultáneamente; la forma de cada estructura se puede especificar diseñando el patrón inicial. Hart dice que la técnica también podría permitir el control de otras propiedades, como la conductividad eléctrica y térmica y la reactividad química, uniendo varios recubrimientos a los nanotubos de carbono después de que crecen.

    "Si recubre las estructuras después del proceso de crecimiento, puedes modificar exquisitamente sus propiedades, "dice Hart. Por ejemplo, recubrir los nanotubos con cerámica, utilizando un método llamado deposición de capa atómica, permite controlar las propiedades mecánicas de las estructuras. "Cuando se deposita una capa gruesa, tenemos una superficie con una rigidez excepcional, fuerza, y tenacidad en relación con [su] densidad, "Hart explica." Cuando se deposita una capa delgada, las estructuras son muy flexibles y resistentes ".

    Este enfoque también puede permitir "la replicación de alta fidelidad de las intrincadas estructuras que se encuentran en la piel de ciertas plantas y animales, "Hart dice, y podría hacer posible la producción en masa de superficies con características especializadas, como la capacidad repelente al agua y adhesiva de algunos insectos. "Estamos interesados ​​en controlar estas propiedades fundamentales mediante técnicas de fabricación escalables, "Dice Hart.

    Imágenes de microscopio en primer plano de formas de nanotubos de carbono e ilustraciones de los patrones que las producen. A la izquierda una forma curva simple, y a la derecha, formas complejas de hélice curva, que se puede producir mediante este método de crecimiento de nanotubos de carbono.

    Hart dice que las superficies tienen la durabilidad de los nanotubos de carbono, lo que podría permitirles sobrevivir en entornos hostiles, y podrían conectarse a la electrónica y funcionar como sensores de señales mecánicas o químicas.

    Kevin Turner, un profesor asociado de ingeniería mecánica y mecánica aplicada en la Universidad de Pennsylvania que no participó en esta investigación, dice que este enfoque "es bastante novedoso porque permite la ingeniería de complejas microestructuras tridimensionales [compuestas] de nanotubos de carbono. Los enfoques tradicionales de microfabricación, como modelado y grabado, generalmente solo permiten la fabricación de estructuras tridimensionales simples que son esencialmente patrones 2-D extruidos ".

    Turner agrega, "Un aspecto particularmente interesante de este trabajo es que las estructuras están compuestas por nanotubos de carbono, que tienen mecánicas deseables, térmico, y propiedades eléctricas ".

    Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.




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