Estudio de las propiedades mecánicas de superficies de Au y TiO2 mediante microscopía de fuerzas

Abstract

En esta tesis se ha mostrado cómo la técnica de nanoindentación realizada con un microscopio de fuerzas atómicas (AFM) permite el estudio a escala nanométrica de las propiedades mecánicas de un material. Se han realizado experimentos en oro y en dióxido de titanio, asistidos por simulaciones atomísticas. Para las superficies planas metálicas, se aprecian regiones elástica y plástica. En la región elástica se observa una deformación reversible, mientras que en la región plástica se observa una huella permanente. En la tesis se demuestra la relevancia del estado de la superficie en la deformación incipiente, y en particular, cómo los escalones actúan como centros de nucleación heterogénea de dislocaciones. Así se explica la aparición de una nueva región en las curvas fuerza vs penetración, que se ha denominado cuasiplástica. Esta región presenta un comportamiento con características propias tanto de la región elástica como de la plástica (se observa nucleación reversible de dislocaciones). Además, el límite elástico se ve reducido un 30% por los defectos, respecto al valor en la superficie plana. Se han estudiado también las propiedades mecánicas de superficies de oro nanoestructuradas mediante bombardeo iónico. Se ha propuesto un mecanismo de deformación similar al de la muestra escalonada. En el caso de la superficie plana de TiO2(110), se ha propuesto un mecanismo de plasticidad similar al de los metales: se llega al límite elástico cuando se alcanza la tensión crítica teórica. Superada ésta se ha observado una dureza inusualmente reducida en comparación a la dureza a escala micrométrica. Este hecho se ha explicado proponiendo un mecanismo de deformación a escala nanométrica mediante la creación de dislocaciones por fuentes de baja barrera.