Iskunvaimentimia ja jäykistäjiä

Texas Austin yliopiston ja North Carolina State Universityn tutkijat ovat löytäneet ainutlaatuisen ominaisuuden monimutkaisissa nanorakenteissa, joita on toistaiseksi löydetty vain yksinkertaisista nanorakenteista.

Tutkijat löysivät nämä uudet ominaisuudet oksidipohjaisista "nanolaatoista", jotka ovat pieniä, onttoja materiaaleja, jotka ovat rakenteeltaan samanlaisia kuin merisienet.

"Tämä on nähty aiemmin yksinkertaisissa nanorakenteissa, kuten nanolangassa", sanoo professori Yong Zhu. "Mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun näemme sen 3D-nanorakenteessa."

Aiheeseen liittyy se kuinka materiaalit reagoivat rasitukseen ajan myötä. Kun tutkittuja materiaaleja taivutettiin, pienet viat liikkuivat hitaasti vasteena jännitysgradienttiin. Kun jännitys poistui, pienet viat palasivat hitaasti alkuperäisiin asentoihinsa, mikä johti kiinteyteen.

Tutkijat havaitsivat myös, että kun nämä viat liikkuvat edestakaisin, ne vapauttavat energiahäviön ominaisuuksia. Tämä tarkoittaa, että ne voivat haihduttaa esimerkiksi paineaaltoa ja tärinää.

Materiaali voisi joskus toimia iskunvaimentimena, mutta koska se on niin kevyt ja ohut, se olisi sitä hyvin pienessä mittakaavassa. Tutkijoiden mukaan se voisi olla järkevä osa elektroniikan integroiduissa piireissä.

MIT:n insinöörit raportoivat puolestaan uudesta löydöstä puolijohteissa materiaaleissa, jotka ovat olleet intensiivisen tutkimuksen kohteena jo yli sadan vuoden ajan.

Ryhmä havaitsi, että ZnO muuttui jopa 40 prosenttia jäykemmiksi vasteena siniselle valolle ja että vaikutus on palautuva, kun valo sammutetaan.

Työssä tehtiin erilaisiakokeita sinkkisulfidilla ja kahdella muulla puolijohteella. Tietokonesimulaatioiden ja teoretisoinnin kautta he havaitsivat, että materiaalien vikakohdilla eli puuttuvilla atomeilla oli merkittävä rooli materiaalien mekaanisessa vasteessa valoon.

Tutkijoiden mukaan atomien tyhjät paikat saavat materiaalin kidehilan pehmentymään, koska jotkut atomeista ovat kauempana toisistaan. (kuva)

Valaistuksen alaiset atomit virittyvät ja tulevat toisiaan hylkivimmiksi, jonka seurauksena atomit vastustavat voimakkaammin pakkaamista tiiviimmin yhteen ja materiaalista tulee mekaanisesti jäykempi.

Tiimi huomasi nopeasti, että he pystyivät säätämään tätä jäykkyyttä muuttamalla valon voimakkuutta ja väriä sekä suunnittelemalla materiaaleihin erityisiä vikoja.

Aiheista aiemmin:

Itsetietoisia ja omavoimaisia materiaaleja