Modelizan el comportamiento a nanoescala de aleaciones con memoria de forma para su uso en sistemas microelectromecánico

06/jun/2017 | UCC+icompartir noticiaimprimir

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La Universidad de Cádiz, a través del grupo de investigación TEP-946, Materiales y nanotecnología para la innovación (INNANOMAT), integrado en el departamento de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica de la Universidad de Cádiz, y, en concreto, de la mano de los investigadores Sergio I. Molina y Jesús Hernández Saz, han desarrollado un estudio que ha tenido como resultado una importante trabajo que ha sido publicado online en la prestigiosa revista Nature Nanotechnology.

En esta publicación se revelan algunos aspectos fundamentales del comportamiento a nanoescala de la aleación con memoria de forma CuAlNi. Se ha observado que la tensión crítica, cuando se produce la transformación de la forma del material, varía con el tamaño En particular, se ha observado en pilares nano- y micromecanizados por debajo de los dos micrómetros de diámetro hasta pilares de 260 nanómetros de diámetro. Este efecto, que depende del tamaño del material ensayado, se ha modelizado y se ha encontrado la ley que la rige.

El estudio, que ha estado coordinado por el profesor José María San Juan y su doctorando José F. Gómez-Cortés, de la Universidad del País Vasco, y en el que también han participado, además de los investigadores de la UCA ya mencionados e integrados en el Instituto IMEYMAT, investigadores del Centro de Investigación Cooperativa CIC nanoGUNE y de la Fundación Ikerbasque, demuestra el efecto del tamaño sobre la tensión crítica para la superelasticidad durante la transformación de fase inducida por tensión, lo que proporciona una nueva perspectiva en el comportamiento de las aleaciones con memoria de forma a nanoescala.

Asimismo, a través de este trabajo se ha encontrado la ley de potencias para la aleación en particular que se ha estudiado, CuAlNi, y se ha propuesto un modelo que explica el efecto de tamaño observado. Es la primera vez que se encuentra el comportamiento publicado, que representa un ejemplo del cambio útil en las propiedades que presentan algunos materiales cuando se trabaja con ellos a nanoescala, reflejando una vez más el potencial de la Nanotecnología.

Los resultados publicados abren la puerta a la explotación del comportamiento mecánico encontrado en objetos muy pequeños, como los nanopilares estudiados constituidos por aleaciones con memoria de forma, para los dispositivos indicados, con un grado de integración muy elevados.

Este trabajo ha podido realizarse gracias a la puesta en marcha de los proyectos respaldados por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad: MAT2009-12492, MAT2012-36421 y CONSOLIDER-INGENIO 2010 CSD2009-00013. De igual forma, las metodologías utilizadas en este artículo también se utilizan extensamente en varios proyectos recientes nacionales (OPTONANO: TEC2014-53727-C2-2-R), europeos (red europea ITN Marie Curie PROMIS) y con EEUU (proyecto NICOP con el Naval Research Laboratory) realizados en el grupo INNANOMAT de la UCA, bajo la dirección del profesor Molina y con la participación como investigador del doctor Hernández y otros miembros del grupo mencionado.

Una aleación metálica es una combinación de dos o más elementos metálicos sólidos como, por ejemplo, Cu (cobre), Al (aluminio) y Ni (níquel). Sus propiedades, caso de las mecánicas (tales como dureza, ductilidad y tenacidad), pueden ser muy diferentes a la de los elementos metálicos que las constituyen, de ahí el interés que despiertan estas combinaciones.

Además, las aleaciones con memoria de forma son aleaciones cuya principal característica reside en el hecho de que pueden “recordar” su forma original, es decir, que cuando se aplica tensión sobre el material y se cambia su forma, al dejar de aplicar tensión, vuelve a su forma original.

Todo ello, unido a su aplicación como sensores y actuadores en sistemas Microeléctricos Mecánicos (MEMS: MicroElectroMechanical Systems), especialmente en wearables (conjunto de aparatos y dispositivos electrónicos que se incorporan en alguna parte del cuerpo interactuando de forma continua con el usuario y con otros dispositivos como relojes inteligentes o smartwatchs, zapatillas de deportes con GPS incorporado o pulseras que controlan el estado de salud del usuario) y tecnologías electrónicas flexibles, han hecho que en los últimos años se hayan intensificado los estudios sobre estas aleaciones en los laboratorios.

Referencia bibliográfica: José F. Gómez-Cortés, María L. Nó, Iñaki López-Ferreño, Jesús Hernández-Saz, Sergio I. Molina, Andrey Chuvilin, José M. San Juan (2017) Size effect and scaling power-law for superelasticity in shape-memory alloys at the nanoscale. Nature Nanotechnology. doi:10.1038/nnano.2017.91

temas» investigación Materiales y Nanotecnología

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