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MECHANICAL BEHAVIOR OF THIN FILMS
AND SMALL-SCALE STRUCTURES

Curso Monográfico en la Universidad Rey Juan Carlos
Madrid, 27 a 29 de Mayo de 2008

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PresentaciÓn de Nanomec

La Nanociencia y Nanotecnología.

En los últimos 25 años se han desarrollado un gran número de investigaciones del comportamiento y de la manipulación de la materia a escala nanométrica que han dado lugar a lo que actualmente conocemos como Nanociencia y Nanotecnolgía. En particular, dentro de estas disciplinas, la Nanomecánica se refiere al estudio del comportamiento mecánico de objetos de dimensiones nanométricas, es decir, de objetos en los cuales por lo menos una dimensión es mucho menor que la micra.

En la investigación moderna en Ciencia e Ingeniería de Materiales ha estado siempre subyacente la idea de relacionar la microestructura de los materiales con su comportamiento mecánico macroscópico. Cuando la microestructura de los materiales ha sido de dimensiones nanométricas, los investigadores han utilizado el Microscopio Electrónico de Transmisión para su observación. Sin embargo, la medida directa de las propiedades mecánicas de las fases de dimensiones micro- o nano-métricas hasta ahora no había sido apenas posible. Pero con el desarrollo de los microscopios de campo cercano (microscopios de efecto túnel y de fuerzas atómicas) y de la técnica de nanoindentación, se ha abierto el campo de investigación de la relación entre nanoestructura, comportamiento mecánico de nanoestructuras y comportamiento macroscópico.

La Nanomecánica es fundamental en la investigación de diversos sistemas tales como los relacionados con el almacenamiento de información, en la investigación de materiales nanoestructurados, películas delgadas, nanocomposites, nanobiotecnologia, etc.

Uno de los equipos más utilizados en el estudio del comportamiento mecánico de pequeños volúmenes de material es el nanoindentador en el cual la aplicación de la fuerza y la medida continua del desplazamiento se realiza utilizando transductores electromagnéticos o mecánicos.

 

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Nanoindentación en circona con fases tetragonal y cúbica. La fase tetragonal es metaetable y genera maclaje observable por AFM
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Sección transversal mediante FIB de recubrimientos de barrera térmica sometidos a indentación esféricas con penetraciones de 300nm (arriba)y 1500nm (abajo)

Recientemente, se han realizado importantes avances en el diseño de nanoindentadores al añadir capacidades dinámicas a estos sistemas, los cuales previamente solamente funcionaban en un modo casi-estático. Actualmente, se puede superponer una señal dinámica de alrededor de 1nm de amplitud a la fuerza casi-estática, lo cual permite la realización de medidas continuas del módulo de elasticidad y de la dureza en función de la profundidad de penetración a partir de un ensayo. Además, permite también medir el comportamiento dinámico de los materiales sobre un rango de frecuencias similar a los estudios de análisis mecánico dinámico. Con el nanoindentador, en fin, se puede determinar el movimiento lateral y la fuerza lateral para estudios tribológicos como, por ejemplo, en el caso del ensayo de rayado (scratch testing), medida de la fricción y la adhesión, etc.

En España, la investigación en Nanomecánica está restringida principalmente a algunos grupos de investigación que disponen de nanoindentador en sus laboratorios. Algunos de estos grupos realizaron una reunión el año 2006 para compartir sus experiencias en investigación en Nanomecánica así como para analizar la situación de la investigación en este campo en el entorno español.

En las conclusiones de esta reunión, se expuso la necesidad de iniciar una serie de actividades de colaboración, formación, extensión y difusión para lo cual se presenta esta propuesta en la Convocatoria de 'Acciones Complementarias' de 2007 del MEC sobre la creación de una RED TEMÁTICA de NANOMECÁNICA (NANOMEC). Estas actividades son necesarias ya que la nanomecánica es un campo de estudio relativamente nuevo en el que es necesario formar específicamente a nuevos investigadores y cohesionar los diferentes grupos de investigación españoles que se están especializando en nanomecánica.

A partir de la constitución del núcleo inicial de la RED, se pretende contactar con otros grupos de trabajo enfocados hacia tanto la investigación fundamental como aplicada en Nanomecánica y que estén interesados en promocionar y encauzar actividades comunes que faciliten la colaboración, a nivel de I+D, en los diferentes temas de la Red.

Los objetivos más importantes perseguidos en la Red de Nanomecánica se centrarán en los siguientes puntos:

  1. Formación de personal por medio de la organización de conferencias, jornadas y cursos. Se desarrollarán cursos para jóvenes investigadores y se realizarán Jornadas Científicas y Técnicas con el objeto de reunir a especialistas para que expongan sus líneas de trabajo así como el estado del arte en diferentes áreas de Nanomecánica.

  2. Creación de una página Web en la cual se expongan las actividades propias de la red así como de actividades a nivel internacional y que sirva también como punto de encuentro para intercambiar información y recoger ideas.

  3. A través del conocimiento e intercambio de información entre los grupos, edificar las bases que permitan afrontar objetivos ambiciosos comunes y que cada grupo de trabajo por separado no puede afrontar. Realización de un inventario de las facilidades instrumentales de cada grupo.

  4. Difusión de los conocimientos al sector académico e industrial para poner al servicio del tejido industrial las herramientas, métodos y conocimientos aplicados de Nanomecánica. Por otra parte, a partir del contacto con la industria, también se pretende conocer mejor las necesidades del sector industrial.

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