Los científicos han desarrollado carburo de silicio amorfo, un material resistente y escalable que podría usarse en sensores de microchips, células solares y exploración espacial. Se espera que este avance conduzca a avances significativos en la ciencia de los materiales y la tecnología de microchips. Cuadro de prueba de resistencia a la tracción de nanoanillos de carburo de silicio amorfo. La resistencia de este material no sólo es comparable a la del diamante y el grafeno, sino que su límite elástico es 10 veces mayor que el del Kevlar, un material famoso por su uso en chalecos antibalas.
Durante décadas, se han utilizado materiales de película delgada para realizar resonadores mecánicos altamente sensibles bajo altas cargas de tracción. Aunque se han logrado grandes avances en la realización de sensores mecánicos de baja disipación que utilizan una alta tensión de tracción, el rendimiento incluso de las mejores estrategias está limitado por la resistencia a la rotura por tracción del material del resonador.
Investigadores de TU Delft, dirigidos por el profesor asistente Richard Norte, han introducido un nuevo material extraordinario que promete impactar el mundo de la ciencia de materiales: el carburo de silicio amorfo (a-SiC).
Este material no sólo es extremadamente fuerte, sino que también tiene propiedades mecánicas que son críticas para el aislamiento de vibraciones del microchip. Por lo tanto, el carburo de silicio amorfo es especialmente adecuado para fabricar sensores de microchip ultrasensibles.
La gama de aplicaciones potenciales es muy amplia. Desde sensores de microchips ultrasensibles y células solares avanzadas hasta tecnología pionera en exploración espacial y secuenciación de ADN. Las ventajas de resistencia del material combinadas con su escalabilidad lo hacen increíblemente prometedor.
"Para comprender mejor esta propiedad clave de ser amorfo, piense que la mayoría de los materiales están formados por átomos dispuestos en un patrón regular, como una intrincada torre de Lego", explica Knott. "Estos materiales se llaman materiales 'cristalinos', como el diamante. Sus átomos de carbono son completamente. Sin embargo, los materiales amorfos son como ladrillos de Lego apilados al azar, pero contrariamente a lo esperado, esta aleatoriedad no conduce a la fragilidad. De hecho, el carburo de silicio amorfo demuestra la fuerza que crea esta aleatoriedad".
El nuevo material tiene una resistencia a la tracción de 10 gigapascales (GPa). "Para entender lo que esto significa, imaginemos intentar estirar un trozo de cinta hasta que se rompa", dijo Knott. "Ahora, si quisieras simular el equivalente a 10 GPa de tensión de tracción, necesitarías colgar alrededor de 10 autos de tamaño mediano de un extremo a otro de la cinta antes de que se rompiera".
nanoresorte
Los investigadores utilizaron un método innovador para probar la resistencia a la tracción del material. Si bien los métodos tradicionales pueden causar errores debido a la forma en que se mantiene el material en su lugar, utilizaron tecnología de microchip. Al hacer crecer una fina película de carburo de silicio amorfo sobre un sustrato de silicio y suspenderla, explotaron la geometría de los nanoanillos para inducir altas fuerzas de tracción. Al fabricar muchas de estas estructuras y aumentar la fuerza de tracción, observaron cuidadosamente el punto de rotura. Este enfoque basado en microchips no sólo garantiza una precisión sin precedentes, sino que también allana el camino para futuras pruebas de materiales.
¿Por qué debemos preocuparnos por los nanorings? Los nanorings son los bloques de construcción más básicos y la base para construir estructuras suspendidas más complejas. Demostrar un alto límite elástico en nanorings es demostrar resistencia en su forma más básica.
De lo micro a lo macro
Lo que hace que este material sea único es su escalabilidad. El grafeno, formado por una sola capa de átomos de carbono, es conocido por su sorprendente resistencia, pero es difícil de producir en grandes cantidades. Aunque los diamantes son increíblemente fuertes, son raros en la naturaleza y costosos de sintetizar. El carburo de silicio amorfo, por otro lado, se puede producir a escala de oblea, lo que proporciona este material a granel increíblemente resistente.
"Con la llegada del carburo de silicio amorfo, nos encontramos en el umbral de una investigación sobre microchips repleta de posibilidades tecnológicas", concluyó Knott.
Este material resistente de película delgada tiene un gran potencial para aplicaciones en sensores nanomecánicos, células solares, aplicaciones biológicas, exploración espacial y otras áreas donde se requiere resistencia y estabilidad en entornos dinámicos. Los hallazgos de este estudio abren nuevas posibilidades para el uso de materiales amorfos de película delgada en aplicaciones de alto rendimiento.
Fuente compilada: ScitechDaily