(PhysOrg.com) - Na macroescala, o silício é um material quebradiço que não pode ser facilmente moldado na forma desejada. Mas os cientistas descobriram que um pedaço de silício de apenas 3 nm de comprimento pode ser esticado em mais de 20 vezes seu comprimento original sem quebrar. Se os pesquisadores puderem tirar proveito da plasticidade do silício em nanoescala, eles poderiam moldar o material em nanoestruturas de diferentes formatos para aplicações tecnológicas.

Os cientistas, Tadashi Ishida da Universidade de Tóquio e co-autores de outras instituições no Japão e na França, publicaram seu estudo sobre a plasticidade em nanoescala do silício em uma edição recente da Nanotecnologia .

Embora alguns pesquisadores tenham previsto que materiais macroscopicamente frágeis como o silício e outros materiais covalentes (cujos átomos são mantidos juntos por fortes ligações covalentes) devem mostrar plasticidade em nanoescala, medir as propriedades de materiais nanométricos é difícil por razões técnicas. Algumas das principais dificuldades incluem encontrar maneiras de prender com segurança as extremidades do material e monitorar as propriedades durante o teste.

Para superar essas dificuldades, os cientistas usaram um novo método envolvendo um sistema microeletromecânico e um microscópio eletrônico de transmissão, que eles chamam de MEMS-in-TEM. Com esta configuração, os pesquisadores puderam simultaneamente manipular o silício usando o dispositivo MEMS enquanto observavam os resultados em tempo real com o microscópio.

Começando com uma peça cilíndrica de silício com comprimento de 3 nm e diâmetro de 50 nm, os pesquisadores puxaram o silício a uma velocidade quase estática, fazendo com que ele se alongue. Em um período de 30 minutos, o silício alongado de 3 nm a 61,6 nm, enquanto o diâmetro diminuiu gradualmente. Os pesquisadores realizaram o experimento em sete amostras até que as “nanobridges” de silício finalmente alcançaram o ponto de fratura.

“Um carregamento de tração lento deu tempo suficiente para difundir átomos de silício na nanobridge de silício e gradualmente deformar a estrutura amorfa na ponte, ”Ishida disse PhysOrg.com . “A superplasticidade foi induzida pela combinação de difusão de superfície induzida por estresse e deformação amorfa intergranular, incluindo nano grãos de silício cristalino. ”

Na difusão de superfície induzida por estresse, o primeiro dos dois fatores, os átomos de silício se espalham pela superfície para aumentar o comprimento da nanobridge, que ocorre devido à tensão mecânica e estresse. O segundo fator, deformação amorfa intergranular, pode ser descrito como um fluxo "semelhante a fluência" do material intergranular no silício, e os nanocristais se ajustando a esse fluxo. As observações dos cientistas sugerem que, quando o diâmetro da nanobridge se torna comparável ao tamanho médio dos nanocristais, a nanobridge atinge seu ponto crítico de escoamento e não pode se alongar mais.

Esta capacidade de alongar o silício em nanoescala, que é feito em temperatura ambiente, pode ter implicações para muitos eletrônicos baseados em silício, uma vez que o silício pode ser moldado em formas específicas.

“Com esta técnica, você pode modificar com precisão a superfície das nanoestruturas e melhorar seu desempenho, ”Disse Ishida. “Esta técnica pode ser aplicada a todos os mecânicos, dispositivos elétricos e ópticos, como fiações e juntas em nanoescala, sensores de gás nanofio, e dispositivos fotovoltaicos, para melhorar seu desempenho. ”

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