AVERIGUAN POR QUÉ LO PEQUEÑO ES MAS FUERTE

Cuando las estructuras hechas de metal se miniaturizan más, y sus dimensiones se acercan a la escala del micrómetro o menos, se hacen más fuertes. Los científicos descubrieron este fenómeno hace 50 años mientras medían la resistencia mecánica de unas piezas de estaño con forma de pelos de bigote, diámetro de unos micrómetros y longitud de unos milímetros. Se han propuesto muchas teorías para explicar por qué lo más pequeño es más fuerte, pero sólo recientemente ha sido posible ver y grabar lo que sucede en las estructuras diminutas bajo tensión.

Andrew Minor, de la División de Ciencias de los Materiales en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, junto con colegas de la compañía Hysitron Incorporated y el Centro de Investigación y Desarrollo de la firma General Motors, utilizaron un microscopio electrónico para grabar lo que sucede cuando unos pilares de níquel con diámetros entre 150 y 400 nanómetros son comprimidos bajo una "prensa" plana hecha de diamante. El microscopio está equipado para que las muestras sometidas a tensión sean medidas y grabadas en vídeo mientras son observadas bajo el haz electrónico.

En general, la deformación mecánica tiende a aumentar el número de dislocaciones en un material. Pero para las estructuras de pequeña escala, con una proporción mucho mayor de área de la superficie con respecto al volumen, el proceso puede ser muy diferente. Las imágenes obtenidas con el microscopio electrónico ayudaron a los investigadores a entender por qué los pilares de níquel de tamaño nanométrico son tan fuertes. En las imágenes lograron observar los cambios en la microestructura de esos pilares durante la deformación, incluso un proceso nunca antes observado al que los investigadores denominaron "templado mecánico". En los materiales en porciones grandes, el endurecimiento o temple, un tratamiento que reduce la densidad de los defectos, se consigue normalmente por medio del calor.

Antes de la prueba, los pilares nanométricos de níquel estaban llenos de dislocaciones. Pero cuando los investigadores comprimieron los pilares, llegaron a ver una situación en la que todas las dislocaciones se eliminaron del material, reduciendo literalmente la densidad de las dislocaciones en 15 órdenes de magnitud y produciendo un cristal perfecto.

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LBNL