Il team, guidato dal professore di nanoingegneria Michael Demkowicz, ha pubblicato i risultati il 10 ottobre 2022 sulla rivista Nature Materials.
"Se comprendiamo le origini della frattura meccanica, possiamo progettare modi per fermare il fallimento nella sua fase iniziale", ha affermato Demkowicz.
Demkowicz e i suoi collaboratori hanno studiato come iniziano le fratture nei difetti cristallini su scala nanometrica sulle superfici solide. Una volta avviate, queste crepe possono allargarsi con poca o nessuna forza applicata al materiale, rendendo i dispositivi inutili o addirittura pericolosi.
Il team ha osservato che il processo di frattura nel difetto cristallino è altamente dinamico e comporta cambiamenti nel legame atomico sottostante. Hanno effettuato osservazioni con un microscopio a tunneling a scansione all’avanguardia che combina capacità criogeniche a bassa temperatura, deformazione meccanica e una capacità unica di sondare i cambiamenti nella struttura elettronica del materiale su scala atomica.
"La nostra sonda di scansione combina una serie di metodi sperimentali per monitorare il comportamento meccanico e i fenomeni elettronici su scala nanometrica in condizioni estreme, che in precedenza erano impossibili", ha affermato Demkowicz.
Attraverso la visualizzazione diretta del comportamento della frattura e delle proprietà elettroniche, il team ha collegato i processi di frattura alla natura quantistica della struttura atomica sottostante.
Alterando chimicamente i legami all'estremità della fessura su scala nanometrica, il team è riuscito a impedire la propagazione della fessura, migliorando così la tenacità del materiale.
I ricercatori suggeriscono che i risultati potrebbero fornire nuove direzioni per la progettazione e lo sviluppo di materiali e dispositivi meccanicamente robusti utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, dagli aerei agli impianti biomedici e ai dispositivi elettronici.
"Questa scoperta evidenzia il fatto che le origini della frattura sono altamente dinamiche e ci consente di prevedere percorsi per materiali tecnici e geometrie di dispositivi resistenti ai guasti", ha affermato Demkowicz.
Riferimento :
Kaitlin O'Brien, Benjamin J. McEnaney, Michael J. Cawkwell, James Ciston e Michael J. Demkowicz, "Soppressione della frattura su scala nanometrica mediante controllo chimico della struttura elettronica della punta della fessura", Nature Materials (10 ottobre 2022). DOI:10.1038/s41563-022-01334-0.
