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La Universidad del País Vasco desarrolla la primera aleación superelástica de dimensiones nanométricas

Investigadores del Departamento de Física de la Materia Condensada y de Física Aplicada II, de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), han estudiado las propiedades de superelasticidad a escala nanométrica a base de tallar pilares de una aleación hasta dimensiones nanométricas, y han constatado que por debajo de una micra de diámetro el material se comporta de manera diferente y requiere una tensión mucho más elevada para conseguir deformarlo.
Este comportamiento superelástico abre nuevas vías en la aplicación de microsistemas de electrónica flexible y microsistemas implantables en el cuerpo humano. Los resultados del estudio han sido publicados en un artículo en la revista científica 'Nature Nanotechnology'.
La superelasticidad es una propiedad física por la que se puede deformar un material en gran medida, hasta un 10% --un porcentaje muchísimo mayor que en la elasticidad--, de forma que, aplicando una tensión a una varilla recta, esta puede formar una U, y al eliminar la tensión aplicada, la varilla recupera completamente su forma inicial. Tal y como explica el investigador principal del estudio, José María San Juan, catedrático de la UPV/EHU, aunque este hecho está más que probado en materiales macroscópicos, "hasta ahora nadie había podido estudiar estas propiedades de superelasticidad en dimensiones micrométricas y nanométricas".
Concretamente, los investigadores han conseguido ver que "el efecto superelástico se mantiene en dispositivos realmente pequeños de una aleación de cobre-aluminio-niquel". Se trata de una aleación con memoria de forma en la que el equipo lleva más de 20 años trabajando a nivel macroscópico: Cu-14Al-4Ni, una aleación que muestra superelasticidad a temperatura ambiente.
Utilizando un cañón de iones denominado 'Focused Ion Beam', que en palabras de San Juan, "actúa como una especie de cuchillo atómico que talla el material", han construido micropilares y nanopilares de esta aleación de diámetros comprendidos entre dos micrómetros (esta unidad de medida equivale a una millonésima parte de un metro) y 260 nanómetros (la mil millonésima parte de un metro) a los que han aplicado una tensión con un sofisticado equipo llamado nanoindentador, que "permite aplicar fuerzas extremadamente pequeñas" y han medido su comportamiento.
De este modo, han constatado y cuantificado por primera vez que en diámetros menores de un micrómetro hay un cambio notable de las propiedades relacionadas con la tensión crítica para la superelasticidad: "El material se empieza a comportar de manera diferente y requiere una tensión mucho más elevada para que se produzca", remarca San Juan, que explica que la aleación sigue presentando superelasticidad pero para tensiones más elevadas.
APLICACIONES FUTURAS: CHIPS IMPLANTABLES EN EL CUERPO HUMANO
San Juan remarca la novedad de ese incremento de la tensión crítica con el tamaño, y subraya, además, que han podido explicar la razón de dicho cambio de comportamiento: "Hemos propuesto un modelo atómico que permite entender por qué y cómo cambia la estructura atómica de estos pilares cuando se les aplica una tensión".
El catedrático también ha destacado la importancia de este descubrimiento, "un comportamiento superelástico espectacular a pequeña escala", que abre nuevas vías en el diseño de estrategias de aplicación de aleaciones con memoria de forma para el desarrollo de microsistemas y nanosistemas electromecánicos flexibles.
Por ejemplo, la electrónica flexible está ya presente en el mercado actual, ya que se utiliza cada vez más en prendas de vestir, zapatillas de deporte o en diversos displays, según indica San Juan, que destaca su importancia para el desarrollo de dispositivos inteligentes médico-sanitarios implantables en el cuerpo humano. "Se podrán construir pequeñas microbombas o microactuadores que se puedan implantar en un chip, que permitan liberar y regular una sustancia dentro del cuerpo humano para diversos tratamientos médicos", añade.
Tal y como concluye el principal investigador, se trata de un descubrimiento que "se espera que tenga una gran repercusión científica y tecnológica y que pueda revolucionar ciertos aspectos en campos afines".