Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Brown han descubierto que los alambres a nanoescala (nanocables) hechos de materiales semiconductores comunes tienen una anelasticidad pronunciada, lo que significa que los alambres, cuando se dobla, volver lentamente a su forma original en lugar de volver rápidamente.

"Todos los materiales tienen cierto grado de elasticidad pero suele ser insignificante a escala macroscópica, "dice Yong Zhu, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State y autor correspondiente de un artículo que describe el trabajo. "Debido a que los nanocables son tan pequeños, la anelasticidad es significativa y fácil de observar, aunque fue una sorpresa total cuando descubrimos por primera vez la anelasticidad en los nanocables ”. La anelasticidad se descubrió cuando Zhu y sus estudiantes estaban estudiando el comportamiento de pandeo de los nanocables.

"La anelasticidad es una propiedad mecánica fundamental de los nanocables, y necesitamos comprender este tipo de comportamientos mecánicos si queremos incorporar nanocables en la electrónica u otros dispositivos, "dice Elizabeth Dickey, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en NC State y coautor del artículo. Los nanocables son prometedores para su uso en una variedad de aplicaciones, incluyendo flexible, Dispositivos electrónicos estirables y portátiles.

Los investigadores trabajaron con nanocables de óxido de zinc y de silicio, y descubrió que, cuando se doblaban, los nanocables regresarían instantáneamente más del 80 por ciento de su forma original, pero regrese el resto del camino (hasta un 20 por ciento) lentamente.

"En nanocables de aproximadamente 50 nanómetros de diámetro, pueden tardar 20 o 30 minutos en recuperar ese último 20 por ciento de su forma original, "dice Guangming Cheng, un doctorado estudiante en el laboratorio de Zhu y el primer autor del artículo.

El trabajo se realizó utilizando herramientas desarrolladas en el grupo de Zhu que permitieron al equipo realizar experimentos con nanocables mientras estaban en un microscopio electrónico de barrido. Se realizó un análisis adicional utilizando un microscopio electrónico de transmisión de barrido con corrección de aberración de Titan en la Instalación de Instrumentación Analítica de NC State.

Cuando se dobla cualquier material, los enlaces entre los átomos se estiran o comprimen para adaptarse a la flexión, pero en los materiales a nanoescala hay tiempo para que los átomos también se muevan, o difuso, desde el área comprimida al área estirada en el material. Si piensa en el nanoalambre doblado como un arco, los átomos se mueven desde el interior del arco hacia el exterior. Cuando se libera la tensión en el alambre doblado, los átomos que simplemente se acercaron o se alejaron, retroceden inmediatamente; esto es lo que llamamos elasticidad. Pero los átomos que se desplazaron por completo necesitan tiempo para regresar a sus sitios originales. Ese lapso de tiempo es una característica de la anelasticidad.

"Este fenómeno se manifiesta en los nanocables. Por ejemplo, Los nanocables de óxido de zinc exhibieron un comportamiento elástico que es hasta cuatro órdenes de magnitud mayor que la mayor anelasticidad observada en materiales a granel, con una escala de tiempo de recuperación del orden de minutos, "dice Huajian Gao, profesor de la Universidad de Brown y coautor correspondiente del artículo. El modelado detallado del grupo de Gao indica que la falta de elasticidad pronunciada en los nanocables se debe a que es mucho más fácil para los átomos moverse a través de materiales a nanoescala que a través de materiales a granel. Y los átomos no tienen que viajar tan lejos. Además, Los nanocables se pueden doblar mucho más que los cables más gruesos sin deformarse o romperse permanentemente.

"Un revisor comentó que esta es una nueva página importante en el libro sobre la mecánica de las nanoestructuras, que fue muy halagador de escuchar, "Dice Zhu. El equipo planea explorar si esta anelasticidad pronunciada es común en los materiales y estructuras a nanoescala. También quieren evaluar cómo esta característica puede afectar otras propiedades". como la conductividad eléctrica y el transporte térmico.

El papel, "Gran anelasticidad y disipación de energía asociada en nanocables monocristalinos, "se publica en línea en la revista Nanotecnología de la naturaleza .