(PhysOrg.com) - Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) demonstraram uma técnica de medição que determina de forma confiável três propriedades mecânicas fundamentais de filmes próximos à nanoescala. A tecnica, que destaca o desafio de fazer medições mecânicas em um objeto com pelo menos uma dimensão comparável ao tamanho de um vírus, deve permitir um melhor design e engenharia para uma variedade de tecnologias de filme fino, particularmente membranas de osmose reversa para purificação de água.

Membranas de osmose reversa, explica o pesquisador do NIST Chris Stafford, são um desafio interessante para o cientista de materiais. As membranas são usadas em sistemas de purificação de água - um filme de poliamida de não mais que 200 nanômetros de espessura apoiado por um mais espesso, camada de suporte porosa. Água contendo sais dissolvidos ou outros contaminantes é forçada contra um lado da membrana a pressões substanciais de até cerca de mil psi (cerca de 7 megapascal), e sai do outro lado deixando para trás a maior parte das impurezas. A integridade mecânica da membrana é obviamente essencial - ela não pode rasgar ou desenvolver vazamentos em orifícios sob a pressão - mas os engenheiros não tinham uma boa maneira de medir a resistência e o ponto de ruptura, sob estresse, desses filmes extremamente finos.

A técnica NIST baseia-se no trabalho anterior da equipe que demonstrou que você pode determinar com segurança o módulo de Young - uma medida de rigidez ou elasticidade - para filmes finos e ultrafinos, ligando-os a um pedaço de borracha de silicone, e, em seguida, estique-o cuidadosamente em uma direção. O filme desenvolverá um padrão regularmente espaçado de rugas (experimente com um pedaço de filme plástico), e o espaçamento das rugas, a quantidade de alongamento e alguma matemática fornecem o módulo. No novo trabalho, eles basicamente puxam com mais força até que o filme comece a desenvolver pequenas rachaduras transversais à tensão. Estes também, acontece que, ocorrem em padrões regulares, e o espaçamento pode ser analisado para determinar a resistência à fratura e a deformação de fratura de início, ou o ponto de falha, do filme.

Aplicando sua técnica para estudar o efeito do cloro nas membranas de osmose reversa, a equipe descobriu um quebra-cabeça. O cloro na água é conhecido por causar uma deterioração progressiva no desempenho da membrana, geralmente considerado o resultado de um ataque químico prolongado pelo cloro. Não tão, de acordo com a equipe do NIST. "Quimicamente, o ataque do cloro é muito rápido, "diz Stafford. A análise química espectroscópica mostrou que todos os danos químicos da exposição ao cloro acontecem nas primeiras horas. Testes usando o método de quebra de rugas, Contudo, mostram que as propriedades mecânicas se degradam continuamente - o material se tornando cada vez mais rígido, quebradiço e fraco - testado com a duração mais longa, 10 dias. "Pode ser um efeito de envelhecimento em polímeros, "diz Stafford." Estamos continuando a estudar isso para descobrir o que está acontecendo lá, porque é um verdadeiro desafio de medição entrar nessa escala de comprimento para seguir a estrutura ao longo do tempo. "

O projeto é parte de um programa NIST mais amplo para estudar questões materiais relacionadas a tecnologias sustentáveis, como purificação de água, mas a equipe de pesquisa observa que o próprio método de quebra de rugas seria amplamente aplicável a estudos mecânicos de quase qualquer filme fino em nanoescala em campos tão diversos como pele artificial, eletrônica flexível, sensores de filme fino, células a combustível e energia fotovoltaica.