Correlación entre estructura y propiedades mecánicas en monocristal de cuarzo α mediante nanoindentación, AFM y microscopía confocal Raman
Madrid / 7 de noviembre de 2023
Un grupo de investigadores europeos ha llevado a cabo un estudio que revela la correlación entre la estructura interna y las propiedades mecánicas en el monocristal de cuarzo α. Este trabajo ha sido publicado recientemente en la revista Journal of Materials Research and Technology.
El cuarzo α es un material ampliamente utilizado en muchas tecnologías, desde aplicaciones en geología y la física del estado sólido (el estudio de la materia rígida o semirrígida) hasta dispositivos y sensores, como material piezoeléctrico para microbalanzas u osciladores para relojes, ordenadores, etc. Estas aplicaciones son muy sensibles a presiones y tensiones locales.
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Con el objetivo de abordar esta brecha de conocimiento, los investigadores realizaron experimentos de nanoindentación en el que se clava una punta generalmente de diamante o zafiro en el material para conocer su resistencia, elasticidad y otras propiedades mecánicas.
Todo este proceso fue analizado con microscopía confocal Raman, una técnica capaz de obtener información detallada sobre la deformación estructural y las propiedades mecánicas generadas por altas presiones locales.
Además, se estableció una correlación entre los resultados de nanoindentación y los datos estructurales obtenidos mediante espectroscopia Raman. Los investigadores demostraron que las propiedades mecánicas obtenidas por nanoindentación se estaban sobreestimando ligeramente debido a la falta de consideración del efecto de absorción. Asimismo, se evidenció que la carga aplicada al monocristal de cuarzo α durante el proceso de descarga desencadena una transformación de fase asociada al comportamiento ferroelástico, cuya contribución aumenta con la carga aplicada.
Este estudio proporciona una comprensión más profunda de las propiedades mecánicas y los cambios estructurales en el cuarzo α bajo altas presiones locales. Los hallazgos son relevantes para el avance en la ciencia de materiales y podrían tener implicaciones en el diseño y desarrollo de dispositivos y sensores más eficientes y resistentes.
Los investigadores involucrados en este estudio pertenecen al Departamento de Electrocerámica del Instituto de Cerámica y Vidrio del CSIC, al Instituto de Óptica del CSIC y al Laboratorio RNANO de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad Técnica Nacional de Atenas.
El cuarzo, material piezoeléctrico
La piezoelectricidad es un fenómeno que ocurre en determinados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren en su masa una polarización eléctrica, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. A los cristales de cuarzo se les conoce como Resonador de cristal, con la ventaja de poder generar frecuencias de oscilación estables.
Comunicación IO-CSIC
cultura.io@io.cfmac.csic.es
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