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El pandeo es un deterioro en la rigidez estructural causado por esfuerzos de compresión en materiales delgados o estructuras de paredes delgadas. Aunque este cambio abrupto en la morfología no se recomienda para la construcción de componentes, investigaciones recientes han demostrado que el pandeo elástico de las nanopartículas se puede aprovechar en varias aplicaciones de detección innovadoras.
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Estudio: Explotación del pandeo elástico de nanocables de oro de alta resistencia para un sondeo eléctrico estable. Crédito: Atún/Shutterstock.com
Un artículo de prueba previa de la revista iScience se centra en explotar la inestabilidad de pandeo de los nanocables de oro de alta resistencia para una importante aplicación de ingeniería llamada sondeo electroquímico.
Inestabilidad de pandeo: ¿Por qué es importante?
La inestabilidad de pandeo ocurre cuando el material cambia de forma abruptamente debido a una fuerza de compresión externa. Provoca un desplazamiento fuera del plano significativo en estructuras esbeltas como vigas y losas. Por lo tanto, debe evitarse la inestabilidad de pandeo en los componentes.
Esta rápida deformación se vuelve aún más significativa en materiales de pequeña escala. Por ejemplo, los nanocables y las nanoláminas se han convertido en componentes críticos en muchos dispositivos electrónicos avanzados. La deformación por pandeo en estos materiales puede causar una falla prematura del dispositivo, lo que reduce la confiabilidad mecánica.
Sin embargo, los investigadores han demostrado recientemente que la inestabilidad de pandeo también puede ser útil en nuevas disciplinas de ingeniería. Muchos nanomateriales se pueden utilizar como sensores, aislantes y absorbedores de energía debido a la distorsión significativa de pandeo y posterior al pandeo bajo tensión constante.
Además, se han propuesto nanomateriales precurvados para dispositivos flexibles y sistemas microelectromecánicos debido a la distorsión de pandeo totalmente reversible. En este sentido, las propiedades de inestabilidad de pandeo y las cualidades inherentes de los nanomateriales pueden abrir nuevas vías para futuras aplicaciones novedosas.
Sondeo electroquímico: descripción general y limitaciones
Una sonda electroquímica es un sistema de electrodos integrado que consta de un electrodo de trabajo, un contraelectrodo y un electrodo de referencia incrustados y anclados en un material aislante. El desarrollo de un dispositivo de sonda electroquímica a nanoescala ha sido el foco de importantes investigaciones analíticas y prácticas debido a su capacidad para exhibir propiedades de transferencia de electrones a nanoescala.
Sin embargo, el sondeo electroquímico a nanoescala es inherentemente problemático debido a las dificultades de contacto de estado sólido, como las colisiones mecánicas y eléctricas no lineales. Si una sonda convencional tal. B. la sonda de tungsteno (W) entra en contacto directo con el material de la muestra, la sonda puede desafilarse o la muestra puede dañarse rápidamente.
Además, si la fuerza de contacto es demasiado débil, el área de contacto entre la muestra y las sondas se vuelve demasiado pequeña. Esto conduce a un gran aumento en la resistencia de contacto ya las influencias electroquímicas no lineales, lo que hace que sea muy difícil estimar correctamente la resistencia del material.
Sondeo electroquímico con pandeo elástico de nanocables de Au
En este estudio, se aprovechó la inestabilidad de pandeo elástico de los nanocables de oro para crear un sistema de sonda electroquímica único que puede proporcionar datos de contacto estables sin dañar la muestra. Los investigadores aprovecharon la inestabilidad estructural del nanocable de oro, conocida como pandeo de Euler, para fabricar el dispositivo de sonda electroquímica.
Aunque el pandeo de Euler de los nanocables de oro a menudo se considera una distorsión vulnerable e indeseable, también podría proporcionar un contacto eléctrico altamente estable con una resistencia de contacto extremadamente baja y constante.
La conductividad eléctrica entre la sonda de nanocables de Au y el electrodo metálico se midió utilizando en el sitio enfoque de seguimiento. Después de poner en contacto el nanocable de oro con la superficie de un electrodo a granel, se midieron las curvas de corriente-voltaje durante el proceso de doblado. Se supuso que la deformación del nanocable de oro era linealmente elástica.
Resultados importantes de la investigación.
El nanocable de Au sin dislocaciones cristalinas aislado mostró el típico pandeo de Euler con mecanismos excepcionalmente reversibles. El área de contacto del nanocable de Au se expande con el aumento de la tensión, lo que resulta en una disminución de la resistencia de contacto.
Inicialmente, el transporte de electrones en el contacto se caracterizó por la resistencia de contacto de Sharvin. A medida que aumentaba la carga en la punta de la sonda de nanocables de oro, se hizo cargo el transporte de difusión convencional, ya que el contacto del larguero exhibía la resistencia mínima.
La deformación asistida por pandeo permitió mantener una superficie de contacto estable cuando se aplicó una pequeña fuerza a la punta de la sonda debido a la carga de pandeo sostenida. Este fenómeno de transporte de Sharvin a larguero permite el estudio detallado de las propiedades electroquímicas a nanoescala debido a la curvatura de la sonda de nanocables de Au conductora.
En base a estos resultados, es razonable concluir que el sistema de sonda electroquímica creado en este trabajo ofrece una solución confiable para mediciones electroquímicas a nanoescala y puede allanar el camino para futuros avances en la microscopía de sonda de barrido.
Relación
Seo, J.-H. et al. (2022). Explotación del pandeo elástico de nanocables de oro de alta resistencia para un sondeo eléctrico estable. iciencia. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105199
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