Il nichel è un metallo ampiamente utilizzato nell'industria manifatturiera per processi di materiali sia industriali che avanzati. Ora, Gli innovatori della Purdue University hanno creato una tecnica ibrida per fabbricare una nuova forma di nichel che potrebbe aiutare la futura produzione di dispositivi medici salvavita, dispositivi e veicoli ad alta tecnologia con una forte protezione resistente alla corrosione.

La tecnica Purdue prevede un processo in cui l'elettrodeposizione ad alto rendimento viene applicata su determinati substrati conduttivi. Il lavoro del team di Purdue è pubblicato nell'edizione di dicembre di Nanoscala .

Una delle maggiori sfide per i produttori di nichel è occuparsi dei punti all'interno dei metalli in cui si intersecano i grani cristallini, che sono note come aree di confine. Questi confini di grano convenzionali possono rafforzare i metalli per la domanda ad alta resistenza.

Però, spesso agiscono come concentratori di stress e sono siti vulnerabili per la diffusione di elettroni e l'attacco di corrosione. Di conseguenza, i confini convenzionali spesso diminuiscono la duttilità, resistenza alla corrosione e conducibilità elettrica.

Un altro tipo specifico di confine, molto meno comune in metalli come il nichel a causa della sua elevata energia di guasto, si chiama confine gemello. L'esclusivo nichel in una forma simile a un cristallo singolo contiene una struttura gemellare ultrafine ad alta densità ma pochi bordi di grano convenzionali.

Questo particolare nichel è stato dimostrato dai ricercatori della Purdue per promuovere la forza, duttilità e migliorare la resistenza alla corrosione. Queste proprietà sono importanti per i produttori di diversi settori, tra cui quello automobilistico, gas, olio e dispositivi microelettromeccanici.

"Abbiamo sviluppato una tecnica ibrida per creare rivestimenti in nichel con doppi bordi che sono forti e resistenti alla corrosione, " disse Xinghang Zhang, un professore di ingegneria dei materiali nel College of Engineering di Purdue. "Vogliamo che il nostro lavoro ispiri gli altri a inventare nuovi materiali con menti fresche".

La soluzione dei ricercatori di Purdue consiste nell'utilizzare un substrato di cristallo singolo come stampo di crescita in combinazione con una ricetta elettrochimica progettata per promuovere la formazione di confini gemelli e inibire la formazione di confini di grano convenzionali. I bordi gemelli ad alta densità contribuiscono ad un'elevata resistenza meccanica superiore a 2 GPa, una bassa densità di corrente di corrosione di 6,91 × 10 ^-8 un cm ^-2 , e un'elevata resistenza di polarizzazione di 516 kΩ.

"La nostra tecnologia consente la produzione di rivestimenti in nichel nanotwined con bordi gemelli ad alta densità e pochi bordi di grano convenzionali, che porta a una meccanica superba, proprietà elettriche ed elevata resistenza alla corrosione, suggerendo una buona durata per applicazioni in ambienti estremi, " disse Qiang Li, assegnista di ricerca in ingegneria dei materiali e membro del gruppo di ricerca. "Modelli e ricette elettrochimiche specifiche suggeriscono nuovi percorsi per l'ingegneria dei confini e la tecnica ibrida può essere potenzialmente adottata per produzioni industriali su larga scala".

Le potenziali applicazioni per questa tecnologia Purdue includono l'industria dei semiconduttori e automobilistica, che richiedono materiali metallici con proprietà elettriche e meccaniche avanzate per la produzione. Il nichel nanotwinned può essere applicato come rivestimenti resistenti alla corrosione per l'automobile, industrie del gas e del petrolio.

La nuova tecnica ibrida di nichel può essere potenzialmente integrata nell'industria dei sistemi microelettromeccanici dopo un'attenta progettazione ingegneristica. I dispositivi medici MEMS sono utilizzati nei reparti di terapia intensiva e in altre aree ospedaliere per monitorare i pazienti.

I relativi sensori di pressione e altri componenti funzionali su piccola scala in MEMS richiedono l'uso di materiali con stabilità meccanica e strutturale e affidabilità chimica superiori.