Una punta de diamante dobla nanodientes de diamante [Yang Lu, Amit Banerjee, Daniel Bernouilli, Hogti Zhang, Ming Dao, Subra Suresh].
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Materiales exóticos
En las últimas décadas, la ciencia de materiales ha vivido una inusitada revolución debido, en buena parte, a la aplicación de áreas como la geometría y la topología al estudio de las fases cuánticas de la materia: un fructífero enfoque que en 2016 fue reconocido con la concesión del premio Nobel de física a David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane y J. Michael Kosterlitz. En este monográfico digital (en PDF) podrás encontrar una selección de artículos que te ayudarán a entender la belleza de los conceptos físicos y matemáticos que, más allá de sus fascinantes aplicaciones, explican las propiedades de algunos nuevos materiales, como los aislantes y superconductores topológicos, los líquidos de espín, el grafeno o los aislantes de Mott.
Optoelectrónica, sensores, dispositivos de almacenamiento de datos, actuadores, dispositivos biocompatibles para obtener imágenes en organismos vivientes, suministro de fármacos en el interior del cuerpo. Estas son algunas de las posibles aplicaciones de un diamante flexible; pura fantasía, se podría pensar, dado que el diamante asocia su increíble dureza a una notable fragilidad, es decir, a una limitada «reserva» de deformaciones.
En las páginas de Science, unos investigadores de universidades y centros de investigación de Hong Kong y Corea el Sur y del departamento de Ciencia de los Materiales del Instituto de Tecnología de Masachusetts han desafiado ahora esa forma de pensar al anunciar que han creado un diamante con buenas características de flexibilidad. El secreto está en hacer que crezca en forma de estructuras minúsculas, semejantes a agujas o a las cerdas de un cepillo de dientes, de una longitud de solo unas centenas de nanómetros.
Hicieron crecer las agujas del diamante con un proceso de depósito en vapor y después las trabajaron hasta obtener la conformación final deseada. Midieron luego su propensión a flexionarse observando con el microscopio electrónico sus reacciones a la presión aplicada por una pequeña punta, también de diamante. Han descubierto así que se puede flexionarlas y estirarlas un 9 por ciento sin que sufran fracturas. Por el contrario, el diamante, en su forma ordinaria, alcanza solo un límite del uno por ciento en las mismas condiciones.
«Hemos desarrollado un enfoque nanotecnológico exclusivo, que permite controlar de modo preciso y cuantificar la solicitación elástica distribuida en las muestras de diamante», explica Yang Lu, profesor de ingeniería mecánica y biomédica de la Universidad de Hong Kong y coautor del artículo. «Sometiendo materiales cristalinos como el diamante a solicitaciones elásticas muy fuertes, como sucede cuando estas muestras se flexionan, se pueden cambiar de modo significativo sus propiedades mecánicas, así como las propiedades de sus reacciones térmicas, ópticas, magnéticas, eléctricas, electrónicas y químicas, que pueden resultar entonces útiles en el diseño de materiales para aplicaciones específicas».
Los autores han desarrollado además un modelo de la deformación elástica de la geometría real del filamento de diamante y han obtenido cuál es la máxima resistencia del diamante a la tracción en las nanoescalas; de ese modo han confirmado el valor del 9 por ciento. El ordenador ha predicho que el correspondiente estrés local está cerca de la resistencia ideal a la tracción, es decir, de la teóricamente alcanzable en un diamante sin defectos.
Le Scienze
Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Le Scienze.
Referencia: «Ultralarge elastic deformation of nanoscale diamond», de Amit Banerjee et al. en Science, vol. 360, número 6386, págs. 300-302, 20 de abril de 2018.
