(PhysOrg.com) -- I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno dimostrato una tecnica di misurazione che determina in modo affidabile tre proprietà meccaniche fondamentali dei film su scala quasi nanometrica. La tecnica, che evidenzia la sfida di effettuare misurazioni meccaniche su un oggetto con almeno una dimensione paragonabile a quella di un virus, dovrebbe consentire una migliore progettazione e ingegneria per una varietà di tecnologie a film sottile, in particolare membrane ad osmosi inversa per la depurazione delle acque.

Membrane ad osmosi inversa, spiega il ricercatore del NIST Chris Stafford, sono una sfida interessante per lo scienziato dei materiali. Le membrane sono utilizzate nei sistemi di purificazione dell'acqua:un film di poliammide non più spesso di 200 nanometri sostenuto da un più spesso, strato di supporto poroso. L'acqua che trattiene i sali disciolti o altri contaminanti viene forzata contro un lato della membrana a pressioni sostanziali fino a circa mille psi (circa 7 megapascal), ed esce dall'altra parte lasciandosi dietro la maggior parte delle impurità. L'integrità meccanica della membrana è ovviamente essenziale - non può strapparsi o sviluppare perdite sotto pressione - ma agli ingegneri mancava un buon modo per misurare la resistenza e il punto di rottura, sotto stress, di questi film estremamente sottili.

La tecnica NIST si basa sul lavoro precedente del team che ha dimostrato che è possibile determinare in modo affidabile il modulo di Young, una misura di rigidità o elasticità, per film sottili e ultrasottili legandolo a un pezzo di gomma siliconica, e poi allungandolo con cura in una direzione. Il film svilupperà uno schema di rughe regolarmente spaziato (prova con un pezzo di pellicola trasparente), e la spaziatura delle rughe, la quantità di allungamento e un po' di matematica ti danno il modulo. Nel nuovo lavoro, fondamentalmente tirano più forte fino a quando il film inizia a sviluppare minuscole crepe trasversalmente alla tensione. Anche questi, si scopre, si verificano in modo regolare, e la spaziatura può essere analizzata per determinare sia la resistenza alla frattura che l'insorgenza della deformazione della frattura, o il punto di guasto, del film.

Applicando la loro tecnica per studiare l'effetto del cloro sulle membrane ad osmosi inversa, la squadra ha scoperto un enigma. Il cloro nell'acqua è noto per causare un progressivo deterioramento delle prestazioni della membrana, generalmente ritenuto il risultato di un prolungato attacco chimico da parte del cloro. Non così, secondo il team del NIST. "Chimicamente l'attacco del cloro è piuttosto rapido, " dice Stafford. L'analisi chimica spettroscopica ha mostrato che tutti i danni chimici derivanti dall'esposizione al cloro si verificano nelle prime ore. però, mostrano che le proprietà meccaniche si degradano continuamente, il materiale diventa sempre più rigido, fragile e debole, fino alla durata più lunga testata, 10 giorni. "Potrebbe essere un effetto di invecchiamento nei polimeri, " dice Stafford. "Stiamo continuando a studiarlo per capire cosa sta succedendo lì dentro, perché è una vera sfida di misurazione entrare su quella scala di lunghezze per seguire la struttura nel tempo."

Il progetto fa parte di un più ampio programma NIST per studiare le problematiche dei materiali relative alle tecnologie sostenibili come la purificazione dell'acqua, ma il team di ricerca osserva che il metodo stesso della rottura delle rughe sarebbe ampiamente applicabile agli studi meccanici di quasi tutti i film sottili su nanoscala in campi diversi come la pelle artificiale, elettronica flessibile, sensori a film sottile, celle a combustibile e fotovoltaico.