Une propriété matérielle intrigante trouvée dans des nanostructures complexes pourrait dissiper de l’énergie

Des chercheurs de l’Université du Texas à Austin et de l’Université d’État de Caroline du Nord ont découvert, pour la première fois, une propriété unique dans les nanostructures complexes qui n’a jusqu’à présent été trouvée que dans des nanostructures simples. De plus, ils ont dévoilé la mécanique interne des matériaux qui rend cette propriété possible.

Dans un nouvel article publié cette semaine dans le Actes de l’Académie nationale des sciencesles chercheurs ont découvert ces propriétés dans des « nanolattices » à base d’oxyde, qui sont de minuscules matériaux creux, de structure similaire à des choses comme les éponges de mer.

« Cela a déjà été vu dans des nanostructures simples, comme un nanofil, qui est environ 1 000 fois plus fin qu’un cheveu », a déclaré Yong Zhu, professeur au Département de génie mécanique et aérospatial de NC State, et l’un des principaux auteurs sur le papier. « Mais c’est la première fois que nous le voyons dans une nanostructure 3D. »

Le phénomène en question est appelé anélasticité. Elle concerne la façon dont les matériaux réagissent aux contraintes au fil du temps. Lorsque les matériaux étudiés dans cet article étaient pliés, de minuscules défauts se déplaçaient lentement en réponse au gradient de contrainte. Lorsque la contrainte a été relâchée, les minuscules défauts sont lentement revenus à leurs positions initiales, ce qui a entraîné le comportement anélastique.

Les chercheurs ont également découvert que lorsque ces défauts se déplacent d’avant en arrière, ils libèrent des caractéristiques de dissipation d’énergie. Cela signifie qu’ils peuvent dissiper des choses comme les ondes de pression et les vibrations.

Le matériau pourrait un jour servir d’amortisseur, mais parce qu’il est si léger et mince, ce serait à très petite échelle. Les chercheurs disent que cela pourrait avoir un sens dans le cadre de puces pour l’électronique ou d’autres appareils électroniques intégrés.

« Vous pourriez potentiellement placer ce matériau sous les puces semi-conductrices et les protéger des chocs ou des vibrations extérieurs », a déclaré Chih-Hao Chang, professeur agrégé au département Walker de génie mécanique de l’UT Austin.

Maintenant que ces caractéristiques anélastiques ont été découvertes, la prochaine étape est de les contrôler. Les chercheurs examineront la géométrie des nanostructures et expérimenteront différentes conditions de charge pour voir comment optimiser les performances anélastiques pour les applications de dissipation d’énergie.

Les membres de l’équipe de l’UT Austin comprenaient Chang et I-Te Chen, un ancien Ph.D. étudiant. Les membres de l’équipe de NC State comprenaient Zhu, Felipe Robles Poblete et Abhijeet Bagal, tous deux anciens titulaires d’un doctorat. étudiants.