p Uma equipe internacional de cientistas descobriu como medir a resistência de uma nanomembrana tanto à flexão quanto ao alongamento, enrolando-a em um tubo e realizando um único experimento para medir a resistência à flexão do tubo ao longo de seu comprimento. Os métodos anteriores exigiam dois experimentos:um para medir a resistência à flexão de uma nanomembrana e outro para medir sua resistência ao alongamento. A descoberta deve ajudar os pesquisadores a trabalhar para fazer objetos e dispositivos tridimensionais a partir de membranas bidimensionais com apenas uma nanopartícula de espessura. A micrografia de transmissão de elétrons à direita foi obtida no Centro de Materiais em nanoescala da Argonne.
p A primeira medição direta da resistência à flexão em uma membrana em nanoescala foi feita por cientistas da Universidade de Chicago, Universidade de Pequim, o Instituto de Ciência Weizmann e o Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia (DOE). p Sua pesquisa fornece aos pesquisadores um novo, método mais simples para medir a resistência dos nanomateriais à flexão e alongamento, e abre novas possibilidades para a criação de objetos e máquinas de tamanho nanométrico, controlando e ajustando essa resistência. (Um nanômetro é um bilionésimo de um metro, quase enquanto suas unhas crescem em um segundo.)
p A equipe de pesquisa trabalhou com uma nanomembrana de ouro. "É como uma folha de papel, apenas dez mil vezes mais fino, "disse Heinrich Jaeger, da Universidade de Chicago." Se você deslizar um pedaço de papel pela borda de uma mesa, ele se curva para baixo. A nanomembrana de ouro se comporta da mesma maneira, mas é cem vezes mais rígido do que o papel se dimensionado para a mesma espessura - cem vezes mais resistente à dobra.
p "Pesquisadores de todo o mundo estão buscando maneiras de manipular nanomateriais ultrafinos em objetos tridimensionais estáveis, "Jaeger disse." O desafio é como fazer um filme bidimensional em uma forma tridimensional quando o filme é tão fino e flexível. É como um nano-origami:como fazer para manter uma forma estável? Você precisa de algo mais rígido do que você esperaria. Acontece que muitas nanomembranas podem já possuir essa propriedade. "
p "Ficamos surpresos ao descobrir que a nanomembrana de ouro era cem vezes mais resistente à flexão do que prevíamos, com base na teoria da elasticidade padrão e em nossa experiência com chapas finas, como papel, "disse Xiao-Min Lin, que fabricou as nanopartículas de ouro em instalações especializadas no Centro de Materiais em Nanoescala, um DOE Office of Science User Facility localizado em Argonne. "Acreditamos que esteja relacionado à estrutura interna da membrana. A membrana tem apenas uma nanopartícula de espessura, portanto, é essencialmente toda superfície com muito pouco volume interno. Uma pequena desordem estrutural ao longo de sua superfície aumentaria significativamente sua resistência à flexão. Também achamos que o empacotamento molecular entre as nanopartículas pode afetar fortemente sua capacidade de dobrar. "
p Fundamentais para a descoberta da equipe foram um novo método para criar membranas de ouro que se enrolam em rolos de tamanho nanométrico e uma nova técnica para medir a resistência do pergaminho à dobra. Ambos foram desenvolvidos por Yifan Wang, da Universidade de Chicago, usando as instalações da CNM.
p As nanopartículas de ouro foram automontadas pela suspensão de um fluido contendo nanopartículas de ouro em uma tela de carbono. À medida que o fluido secava, deixou uma membrana dourada suspensa como uma nanobomba nos orifícios circulares da tela. À medida que as membranas continuaram a secar e apertar, uma ponta solta da tela, e a membrana enrolada espontaneamente para formar um tubo oco.
p "Existem muitas maneiras de fazer tubos de nanopartículas, "disse Wang, "mas envolvem coisas como a exposição de membranas a feixes de elétrons, que pode alterar as propriedades físicas, como sua resistência à flexão e alongamento - exatamente as coisas que queríamos medir. Precisávamos de uma maneira não invasiva de fazer tubos de nanopartículas sem alterar essas propriedades. "
p A equipe descobriu que a resistência de uma nanomembrana tanto à flexão quanto ao alongamento pode ser calculada a partir de um único experimento que usa microscopia de força atômica para medir a resistência à flexão ao longo do comprimento de uma membrana monocamada que foi enrolada em um cilindro oco. (A microscopia de força atômica usa uma sonda física para medir detalhes de superfície tão pequenos quanto uma fração de nanômetro.) Os métodos anteriores exigiam dois experimentos separados em membranas em nanoescala - um para medir a resistência ao alongamento e outro para medir a resistência à flexão.
p "A resposta do tubo a pequenas indentações locais é uma assinatura de contribuições para dobra e alongamento, "disse Wang." Como resultado, um único conjunto de medições da resistência à indentação ao longo do comprimento do tubo fornece acesso direto ao seu módulo de flexão e módulo de alongamento - parâmetros-chave necessários para calcular a resistência tanto à flexão quanto ao alongamento. "
p Uma vez que a medição é baseada apenas na teoria da elasticidade e na geometria do tubo, Wang explicou, deve ter aplicabilidade geral em uma ampla gama de materiais e escalas de tamanho, de nano e microtúbulos a objetos verdadeiramente macroscópicos.
p "Folhas ultrafinas com apenas uma nanopartícula de espessura têm propriedades mecânicas exclusivas, "Disse Wang." Este experimento fornece novos dados para o controle independente da resistência à flexão e alongamento em nanoescala. Deve ser possível ajustar os parâmetros de flexão e alongamento e desenvolver novos nanomateriais e nanoobjetos com propriedades desejáveis específicas. "
