La primera medición directa de la resistencia a la flexión en una membrana a nanoescala ha sido realizada por científicos de la Universidad de Chicago. Universidad de Peking, el Instituto de Ciencias Weizmann y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía (DOE).

Su investigación proporciona a los investigadores un nuevo método más simple para medir la resistencia de los nanomateriales a la flexión y el estiramiento, y abre nuevas posibilidades para crear objetos y máquinas de tamaño nanométrico controlando y adaptando esa resistencia. (Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, aproximadamente tanto como le crezcan las uñas en un segundo).

El equipo de investigación trabajó con una nanomembrana de oro. "Es como una hoja de papel, solo diez mil veces más delgado, ", dijo Heinrich Jaeger de la Universidad de Chicago." Si deslizas un papel sobre el borde de una mesa, se dobla hacia abajo. La nanomembrana de oro se comporta de la misma manera, pero es cien veces más rígido que el papel si se escala al mismo grosor, cien veces más resistente a la flexión.

"Investigadores de todo el mundo están buscando formas de manipular nanomateriales ultrafinos en objetos tridimensionales estables, ", Dijo Jaeger." El desafío es cómo convertir una película bidimensional en una forma tridimensional cuando la película es tan delgada y flexible. Es como el nano-origami:¿cómo se consigue que mantenga una forma estable? Necesita algo más rígido de lo que cabría esperar. Resulta que es posible que muchas nanomembranas ya posean esa propiedad ".

"Nos sorprendió descubrir que la nanomembrana de oro era cien veces más resistente a la flexión de lo que predijimos, basado en la teoría de la elasticidad estándar y nuestra experiencia con láminas delgadas, como el papel, "dijo Xiao-Min Lin, que fabricó las nanopartículas de oro en instalaciones especializadas en el Centro de Materiales a Nanoescala, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicada en Argonne. "Creemos que está relacionado con la estructura interna de la membrana. La membrana tiene solo una nanopartícula de espesor, por lo que es esencialmente toda la superficie con muy poco volumen interior. Un desorden estructural menor a lo largo de su superficie aumentaría significativamente su resistencia a la flexión. También creemos que el empaquetamiento molecular entre nanopartículas podría afectar fuertemente su capacidad para doblarse ".

Para el descubrimiento del equipo fue fundamental un nuevo método para crear membranas de oro que se enrollan en rollos de tamaño nanométrico y una nueva técnica para medir la resistencia del rollo a la flexión. Ambos fueron desarrollados por Yifan Wang de la Universidad de Chicago utilizando las instalaciones de CNM.

Los nanopergaminos de oro se autoensamblaron suspendiendo un fluido que contiene nanopartículas de oro en una pantalla de carbón. Mientras el fluido se secaba, dejó una membrana dorada suspendida como un parche de nano tambor a través de los orificios circulares de la pantalla. A medida que las membranas continuaron secándose y apretando, un borde se soltó de la pantalla, y la membrana se enrolla espontáneamente para formar un tubo hueco.

"Hay muchas formas de fabricar tubos de nanopartículas, "dijo Wang, "pero implican cosas como exponer membranas a haces de electrones, que puede alterar las propiedades físicas, como su resistencia a doblarse y estirarse, las mismas cosas que queríamos medir. Necesitábamos una forma no invasiva de fabricar tubos de nanopartículas sin cambiar esas propiedades ".

El equipo descubrió que la resistencia de una nanomembrana tanto a la flexión como al estiramiento se puede calcular a partir de un solo experimento que utiliza microscopía de fuerza atómica para medir la resistencia a la flexión a lo largo de una membrana monocapa que se ha enrollado en un cilindro hueco. (La microscopía de fuerza atómica usa una sonda física para medir detalles de la superficie tan pequeños como una fracción de un nanómetro). Los métodos anteriores requerían dos experimentos separados en membranas a nanoescala:uno para medir la resistencia al estiramiento y otro para medir la resistencia a la flexión.

"La respuesta del tubo a las pequeñas hendiduras locales es una firma de las contribuciones tanto a la flexión como al estiramiento, "dijo Wang." Como resultado, un único conjunto de medidas de la resistencia a la hendidura a lo largo del tubo proporciona acceso directo a su módulo de flexión y módulo de estiramiento, parámetros clave necesarios para calcular la resistencia tanto a la flexión como al estiramiento ".

Dado que la medición se basa únicamente en la teoría de la elasticidad y la geometría del tubo, Wang explicó, debe tener aplicabilidad general en una amplia gama de materiales y escalas de tamaño, desde nano y microtúbulos hasta objetos verdaderamente macroscópicos.

"Las láminas ultradelgadas de solo una nanopartícula de espesor tienen propiedades mecánicas únicas, ", Dijo Wang." Este experimento proporciona una nueva entrada para el control independiente de la resistencia a la flexión y el estiramiento a nanoescala. Debería ser posible adaptar los parámetros de flexión y estiramiento y desarrollar nuevos nanomateriales y nanoobjetos con propiedades deseables específicas ".