Des chercheurs de l'UPV/EHU-Université du Pays Basque ont exploré les propriétés de superélasticité à l'échelle nanométrique en se basant sur le cisaillement des piliers d'un alliage jusqu'à la taille nanométrique. Dans l'article publié dans Nature Nanotechnologie , les chercheurs ont découvert qu'en dessous d'un micron de diamètre, le matériau se comporte différemment et nécessite des contraintes beaucoup plus élevées pour se déformer. Ce comportement superélastique ouvre de nouvelles voies dans l'application des microsystèmes impliquant une électronique flexible et des microsystèmes implantables dans le corps humain.

La superélasticité est une propriété physique par laquelle il est possible de déformer un matériau jusqu'à 10 pour cent, qui est bien supérieure à celle de l'élasticité. Ainsi, lorsque la contrainte est appliquée à une tige droite, il peut former un U, et quand le stress est supprimé, la tige reprend sa forme initiale. Bien que cela ait été prouvé dans des matériaux macroscopiques, personne n'avait auparavant pu explorer ces propriétés de superélasticité dans des tailles micrométriques et nanométriques, selon José Maria San Juan, chercheur principal de l'article publié par Nature Nanotechnologie et un professeur UPV/EHU.

Des chercheurs du département de physique de la matière condensée et de physique appliquée II de l'UPV/EHU ont observé que l'effet superélastique est maintenu dans de petits dispositifs dans un alliage cuivre-aluminium-nickel—Cu-14Al-4Ni, un alliage qui présente une superélasticité à température ambiante.

Les chercheurs ont utilisé un équipement connu sous le nom de faisceau d'ions focalisé. "C'est un canon à ions qui agit comme une sorte de couteau atomique qui cisaille la matière, " explique San Juan. Les chercheurs ont construit des micropiliers et des nanopiliers de cet alliage avec des diamètres compris entre 2 m et 260 nm. Ils ont appliqué des contraintes à l'aide d'un instrument sophistiqué appelé nanoindenteur, qui permet d'appliquer des forces extrêmement faibles, puis ils ont mesuré le comportement.

Les chercheurs ont pour la première fois confirmé et quantifié que dans des diamètres inférieurs au micromètre, il y a un changement considérable des propriétés relatives à la contrainte critique pour la superélasticité. "Le matériau commence à se comporter différemment et a besoin d'une contrainte beaucoup plus élevée pour que cela se produise. L'alliage continue d'afficher une superélasticité mais pour des contraintes beaucoup plus élevées." San Juan souligne la nouveauté de cette augmentation du stress critique lié à la taille, et souligne également qu'ils ont pu expliquer la raison de ce changement de comportement. "Nous avons proposé un modèle atomique qui éclaire pourquoi et comment la structure atomique de ces piliers change lorsqu'une contrainte est appliquée."

Microsystèmes impliquant une électronique flexible et des dispositifs pouvant être implantés dans le corps humain

Le professeur de l'UPV/EHU a souligné l'importance de cette découverte, qui ouvre de nouvelles voies dans la conception de stratégies d'application d'alliages à mémoire de forme pour développer des microsystèmes flexibles et des nanosystèmes électromécaniques. « L'électronique flexible est de plus en plus utilisée dans les vêtements, chaussures de sport, et dans divers écrans. » Il a également déclaré que tout cela est d'une importance cruciale dans le développement de dispositifs de soins de santé de laboratoire sur puce qui peuvent être implantés dans le corps humain. « Il sera possible de construire de minuscules micropompes ou microactionneurs qui peuvent être implanté sur une puce, et qui permettra à une substance d'être libérée et régulée à l'intérieur du corps humain pour une gamme de traitements médicaux. »