In futuro si potrebbe risparmiare più materiale durante la produzione di wafer. Seghe ultrasottili fatte di nanotubi di carbonio e diamante sarebbero in grado di tagliare i wafer di silicio con una minima perdita di taglio. Un nuovo metodo consente di fabbricare i fili della sega.

Non puoi segare senza produrre segatura - e questo può essere costoso se, Per esempio, la "polvere" proviene dalla produzione di wafer nell'industria fotovoltaica e dei semiconduttori, dove una perdita di taglio relativamente elevata è stata accettata come inevitabile, se altamente deplorevole, fatto della vita. Ma ora gli scienziati del Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM di Friburgo, insieme ai colleghi dell'Australian Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO, hanno sviluppato un filo per sega destinato a ridurre drasticamente la perdita di taglio:al posto dell'acciaio impregnato di diamante fili, i ricercatori utilizzano fili ultrasottili ed estremamente stabili realizzati con nanotubi di carbonio rivestiti di diamante.

Il potenziale dei nanotubi di carbonio rivestiti è noto da tempo:le possibili applicazioni includono il suo utilizzo come materiale composito duro e tenace o come componente di sensori altamente sensibili e generatori termoelettrici. Però, il nuovo materiale è estremamente difficile da sintetizzare. I diamanti crescono solo in condizioni estreme, a temperature di circa 900 gradi Celsius in un'atmosfera contenente idrocarburi. La coltivazione di diamanti sui nanotubi è una proposta complicata, perché il carbonio tende a formare grafite. Per catalizzare la formazione della fase diamante, è necessario utilizzare idrogeno reattivo per vietare la deposizione di grafite. Però, questo processo danneggia anche i nanotubi di carbonio.

Ma lo scienziato dell'IWM Manuel Mee ha trovato una soluzione per proteggere i sottili nanotubi di carbonio, che crescono come foreste su un substrato:"Durante i nostri primi esperimenti, la silice fusa proveniente dalla camera di reazione è entrata accidentalmente in contatto con il plasma di rivestimento. Si è depositato sul substrato e lo ha protetto contro l'idrogeno aggressivo." E con sua sorpresa, i diamanti in realtà sono cresciuti su questo strato. "Ciò che seguì fu attento, lavoro scrupoloso, " fa notare Mee. "Abbiamo dovuto studiare lo strato di ossido di silicio, che è stato depositato in modo indefinito, e trovare un metodo per controllare la deposizione e ottimizzare il processo." I test con un microscopio elettronico a trasmissione presso il laboratorio di CSIRO in Australia hanno rivelato che i nanotubi sono effettivamente sopravvissuti sotto il loro strato protettivo.

Una storia di successo tedesco-australiana

Come procedere esattamente da lì era la domanda che ora si ponevano gli scienziati. Se trovassero un modo per rivestire di diamante i nanofili che gli specialisti del CSIRO ricavano dai nanotubi, questi nanofili rivestiti di diamante potrebbero essere utilizzati per produrre seghe ultrasottili in grado di tagliare, ad esempio, wafer di silicio. Il team australiano del CSIRO è uno dei principali esperti globali con il know-how per produrre filati da nanotubi di carbonio. Il processo di fabbricazione richiede speciali "foreste" di nanotubi di carbonio, che può essere estratto come un "feltro" ultrasottile e ritorto in un filo sottilissimo da dieci a venti micrometri di diametro. In linea di principio, questo filato diamantato è il materiale ideale su cui basare una nuova generazione di segatrici, che potrebbe essere utilizzato nell'industria solare per esempio. Come spiega Mee:"I nuovi fili per seghe hanno mantenuto la promessa di essere di gran lunga superiori ai tradizionali fili di acciaio. A causa della loro elevata resistenza alla trazione, possono essere fabbricati molto più sottili dei fili di acciaio e questo significa una perdita di taglio notevolmente inferiore."

Intanto, il fisico è riuscito a realizzare la sua idea. È già stata depositata una domanda di brevetto congiunta di Fraunhofer e CSIRO per il metodo ei prodotti corrispondenti. Mee ei suoi colleghi stanno attualmente eseguendo test di segatura. "Per essere in grado di mostrare ai nostri partner nell'industria il potenziale che la tecnologia racchiude, "dice Me, "dobbiamo dimostrare come può aiutare le aziende solari a risparmiare materiale durante la lavorazione dei wafer".