Una película nanoestructurada es una película resultante de la ingeniería de características a nanoescala, como dislocaciones , límites de grano , defectos o maclado . A diferencia de otras nanoestructuras, como las nanopartículas , la película en sí puede tener hasta varios micrones de espesor, pero posee una gran concentración de características a nanoescala distribuidas homogéneamente por toda la película. Al igual que otros nanomateriales, las películas nanoestructuradas han despertado mucho interés ya que poseen propiedades únicas que no se encuentran en material a granel, no nanoestructurado de la misma composición. En particular, las películas nanoestructuradas han sido objeto de investigaciones recientes debido a sus propiedades mecánicas superiores, incluyendo resistencia , dureza y resistencia a la corrosión en comparación con películas regulares del mismo material. [1] Los ejemplos de películas nanoestructuradas incluyen aquellas producidas por ingeniería de límites de grano, como cobre de grano ultrafino nano-maclado , o nanoestructuración de fase dual, como nanocompuestos de metal cristalino y vidrio metálico amorfo. [2]
Las películas nanoestructuradas se crean comúnmente mediante pulverización catódica con magnetrón a partir de un material objetivo adecuado. [3] Las películas pueden ser de naturaleza elemental, formadas mediante pulverización catódica a partir de un objetivo de metal puro como el cobre, o estar compuestas de materiales compuestos. La variación de parámetros como la velocidad de pulverización catódica, la temperatura del sustrato y las interrupciones de la pulverización catódica permiten la creación de películas con una variedad de diferentes elementos nanoestructurados. Se ha demostrado el control sobre el nano-gemelo, la adaptación de tipos específicos de límites de grano y la restricción del movimiento y la propagación de dislocaciones utilizando películas producidas mediante pulverización catódica con magnetrón. [4]
Los métodos utilizados para caracterizar películas nanoestructuradas incluyen microscopía electrónica de transmisión , microscopía electrónica de barrido , difracción de retrodispersión de electrones , fresado de haz de iones enfocado y nanoindentación . [1] [2] Estas técnicas se utilizan porque permiten obtener imágenes de estructuras a nanoescala, incluidas dislocaciones, maclado, límites de grano, morfología de la película y estructura atómica.
Las películas nanoestructuradas son de interés debido a sus propiedades físicas y mecánicas superiores en comparación con su equivalente normal. Se descubrió que las películas nanoestructuradas elementales compuestas de cobre puro poseen una buena estabilidad térmica debido a que la película nanomaclada posee una mayor fracción de límites de grano. [1] Además de poseer una mayor estabilidad térmica, se descubrió que las películas de cobre que estaban altamente nanomacladas tenían una mejor resistencia a la corrosión que las películas de cobre con una baja concentración de nanomacladas. [5] El control de la fracción de granos en un material con nanomacladas presentes tiene un gran potencial para aleaciones y recubrimientos menos costosos con un buen grado de resistencia a la corrosión.
Se ha demostrado que las películas nanoestructuradas compuestas de núcleos cristalinos de MgCu2 encapsulados por capas vítreas amorfas del mismo material poseen una resistencia mecánica casi ideal. [2] Se ha descubierto que los núcleos cristalinos de MgCu2 , que suelen tener un tamaño inferior a 10 nm, refuerzan sustancialmente el material al restringir el movimiento de dislocaciones y granos. También se ha descubierto que los núcleos contribuyen a la resistencia general del material al restringir el movimiento de las bandas de corte en el material. Esta película nanoestructurada difiere tanto de los metales cristalinos como de los vidrios metálicos amorfos, que presentan comportamientos como el Hall-Petch inverso y los efectos de ablandamiento de las bandas de corte que les impiden alcanzar valores de resistencia ideales. [2]
Las películas nanoestructuradas con propiedades mecánicas superiores permiten que materiales que antes no se podían utilizar se utilicen en nuevas aplicaciones, lo que permite avanzar en campos en los que se utilizan mucho los recubrimientos, como la industria aeroespacial, la energía y otros campos de ingeniería. [6] Ya se ha demostrado la escalabilidad de la producción de películas nanoestructuradas, y se prevé que la ubicuidad de las técnicas de pulverización catódica en la industria facilite la incorporación de películas nanoestructuradas en aplicaciones existentes. [4]