Las personas generalmente pueden saber si algo es áspero o liso pasando los dedos por su superficie. Pero, ¿qué pasa con las cosas que son demasiado pequeñas o demasiado grandes para pasar un dedo? La tierra se ve lisa desde el espacio, pero alguien que esté al pie del Himalaya no estaría de acuerdo. Los científicos miden superficies a diferentes escalas para tener en cuenta diferentes tamaños, pero estas escalas no siempre coinciden.

Una nueva investigación de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh midió un recubrimiento de diamante ultraanocristalino, apreciado por sus propiedades duras pero suaves, y demostró que es mucho más rudo de lo que se creía anteriormente. Sus hallazgos podrían ayudar a los investigadores a predecir mejor cómo la topografía de la superficie afecta las propiedades de la superficie de los materiales utilizados en diversos entornos, desde microcirugía y motores hasta carcasas de satélites o naves espaciales.

"Una medida importante de la 'rugosidad' de una superficie es su pendiente promedio, es decir, lo empinado que es, "dice Tevis Jacobs, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales en Pitt. "Descubrimos que la superficie de esta película de nano-diamantes se ve muy diferente dependiendo de la escala que esté usando".

La investigación del Dr. Jacobs y su equipo apareció en la revista American Chemical Society (ACS) Materiales e interfaces aplicados de ACS . Tomaron más de 100 mediciones de la película de diamante, combinando técnicas convencionales con un enfoque novedoso basado en microscopía electrónica de transmisión. Los resultados abarcaron escalas de tamaño desde un centímetro hasta la escala atómica.

El Dr. Jacobs explica:"La superficie del nanodiamante es lo suficientemente suave como para que pueda ver su reflejo en ella. Sin embargo, al combinar todas nuestras medidas, incluso hasta las escalas más pequeñas, demostramos que este material "liso" tiene una pendiente promedio de 50 grados. Esto es más empinado que los Alpes austríacos cuando se mide en la escala de un paso humano (39 grados) ".

"Mediante el uso de microscopía electrónica, pudimos obtener el extremo más pequeño del rango de medición; ni siquiera podemos definir la topografía por debajo de la escala atómica, "dice el Dr. Jacobs." Entonces, combinando todas las escalas juntas, pudimos deshacernos del problema de tener la rugosidad desviada entre escalas. Podemos calcular parámetros de rugosidad invariantes de escala 'verdaderos' ".

"Sabemos desde hace cien años que la rugosidad de la superficie controla las propiedades de la superficie. El eslabón perdido es que no hemos podido cuantificar su efecto. Por ejemplo, en aplicaciones biomédicas, diferentes investigaciones han llegado a conclusiones opuestas sobre si la rugosidad promueve o degrada la adhesión celular. Creemos que esta nueva comprensión de la rugosidad a través de escalas abrirá la puerta para resolver finalmente este antiguo rompecabezas en el análisis de superficies ".

El objetivo final es tener modelos predictivos de cómo la rugosidad determina los atributos de la superficie, como la adherencia, fricción o la conducción de calor o electricidad. El avance del Dr. Jacobs es el primer paso en una cuesta arriba, y muy empinado, batalla para crear y validar estos modelos.

"Actualmente estamos haciendo mediciones de propiedades de este material de nanodiamantes y muchas otras superficies para aplicar modelos mecánicos para vincular la topografía y las propiedades, ", dice." Al encontrar las escalas o la combinación de escalas que más importan para una aplicación determinada, podemos establecer qué técnicas de acabado de superficies lograrán los mejores resultados, reduciendo la necesidad de un enfoque de prueba y error costoso y que requiere mucho tiempo ".