Faszinierende Materialeigenschaften, die in komplexen Nanostrukturen gefunden wurden, könnten Energie verbrauchen

Forscher der University of Texas in Austin und der North Carolina State University haben zum ersten Mal eine einzigartige Eigenschaft in komplexen Nanostrukturen entdeckt, die bisher nur in einfachen Nanostrukturen gefunden wurde. Darüber hinaus haben sie die interne Mechanik der Materialien enträtselt, die diese Eigenschaft ermöglicht.

In einem neuen Papier, das diese Woche in der Proceedings of the National Academy of Sciencesfanden die Forscher diese Eigenschaften in oxidbasierten „Nanogittern“, die winzige, hohle Materialien sind, die in ihrer Struktur Dingen wie Meeresschwämmen ähneln.

„Dies wurde zuvor bei einfachen Nanostrukturen wie einem Nanodraht beobachtet, der etwa 1.000 Mal dünner als ein Haar ist“, sagte Yong Zhu, Professor am Department of Mechanical and Aerospace Engineering am NC State und einer der Hauptautoren das Papier. „Aber das ist das erste Mal, dass wir es in einer 3D-Nanostruktur gesehen haben.“

Das fragliche Phänomen wird als Anelastizität bezeichnet. Es bezieht sich darauf, wie Materialien im Laufe der Zeit auf Belastungen reagieren. Wenn die in diesem Artikel untersuchten Materialien gebogen wurden, bewegten sich winzige Defekte langsam als Reaktion auf den Spannungsgradienten. Als die Spannung abgebaut wurde, kehrten die winzigen Defekte langsam in ihre Ausgangspositionen zurück, was zu dem anelastischen Verhalten führte.

Die Forscher entdeckten auch, dass diese Defekte, wenn sie sich hin und her bewegen, Energiedissipationseigenschaften freisetzen. Das bedeutet, dass sie Dinge wie Druckwellen und Vibrationen zerstreuen können.

Das Material könnte eines Tages als Stoßdämpfer dienen, aber weil es so leicht und dünn ist, wäre es sehr klein. Die Forscher sagen, dass es als Teil von Chips für Elektronik oder andere integrierte elektronische Geräte sinnvoll sein könnte.

„Sie könnten dieses Material möglicherweise unter die Halbleiterchips legen und sie vor Stößen oder Vibrationen von außen schützen“, sagte Chih-Hao Chang, außerordentlicher Professor am Walker Department of Mechanical Engineering an der UT Austin.

Nachdem diese anelastischen Eigenschaften nun entdeckt wurden, besteht der nächste Schritt darin, sie zu kontrollieren. Die Forscher werden die Geometrie der Nanostrukturen untersuchen und mit verschiedenen Belastungsbedingungen experimentieren, um zu sehen, wie die anelastische Leistung für Energiedissipationsanwendungen optimiert werden kann.

Zu den Teammitgliedern von UT Austin gehörten Chang und I-Te Chen, ein ehemaliger Ph.D. Schüler. Zu den Teammitgliedern von NC State gehörten Zhu, Felipe Robles Poblete und Abhijeet Bagal, beide ehemalige Ph.D. Studenten.