I ricercatori della Delft University of Technology, guidati dal professore assistente Richard Norte, hanno svelato un nuovo straordinario materiale con un potenziale di impatto sul mondo della scienza dei materiali:il carburo di silicio amorfo (a-SiC). Oltre alla sua resistenza eccezionale, questo materiale dimostra proprietà meccaniche cruciali per l'isolamento dalle vibrazioni su un microchip. Il carburo di silicio amorfo è quindi particolarmente adatto per realizzare sensori a microchip ultrasensibili.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Advanced Materials .
La gamma di potenziali applicazioni è vasta. Dai sensori microchip ultrasensibili e le celle solari avanzate, alle tecnologie pionieristiche di esplorazione spaziale e sequenziamento del DNA. I vantaggi della resistenza di questo materiale combinati con la sua scalabilità lo rendono eccezionalmente promettente.
"Per comprendere meglio la caratteristica cruciale di 'amorfo', pensa alla maggior parte dei materiali come costituiti da atomi disposti secondo uno schema regolare, come una torre di Lego costruita in modo intricato", spiega Norte. "Questi sono definiti materiali 'cristallini', come ad esempio il diamante. Ha atomi di carbonio perfettamente allineati, contribuendo alla sua famosa durezza."
Tuttavia, i materiali amorfi sono simili a un set di Lego impilati casualmente, dove gli atomi non hanno una disposizione coerente. Ma contrariamente alle aspettative, questa randomizzazione non comporta fragilità. In effetti, il carburo di silicio amorfo è una testimonianza della forza che emerge da tale casualità.
La resistenza alla trazione di questo nuovo materiale è di 10 GigaPascal (GPa). "Per capire cosa significa, immagina di provare ad allungare un pezzo di nastro adesivo finché non si rompe. Ora, se volessi simulare uno sforzo di trazione equivalente a 10 GPa, dovresti appendere una decina di auto di medie dimensioni alle estremità per terminare la striscia prima che si rompa," spiega Norte.
I ricercatori hanno adottato un metodo innovativo per testare la resistenza alla trazione di questo materiale. Invece dei metodi tradizionali che potrebbero introdurre imprecisioni nel modo in cui il materiale è ancorato, si sono rivolti alla tecnologia dei microchip. Facendo crescere le pellicole di carburo di silicio amorfo su un substrato di silicio e sospendendole, hanno sfruttato la geometria delle nanostringhe per indurre elevate forze di trazione.
Fabbricando molte di queste strutture con forze di trazione crescenti, hanno osservato meticolosamente il punto di rottura. Questo approccio basato su microchip non solo garantisce una precisione senza precedenti, ma apre anche la strada a futuri test sui materiali.
Perché l’attenzione alle nanostringhe? "Le nanostringhe sono elementi costitutivi fondamentali, le fondamenta che possono essere utilizzate per costruire strutture sospese più complesse. Dimostrare un'elevata resistenza allo snervamento in una nanostringa si traduce nel mostrare la forza nella sua forma più elementare."
E ciò che infine distingue questo materiale è la sua scalabilità. Il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio, è noto per la sua forza impressionante ma è difficile da produrre in grandi quantità. I diamanti, sebbene immensamente forti, sono rari in natura o costosi da sintetizzare. Il carburo di silicio amorfo, invece, può essere prodotto su scala wafer, offrendo grandi fogli di questo materiale incredibilmente robusto.
"Con l'emergere del carburo di silicio amorfo, siamo sulla soglia della ricerca sui microchip ricca di possibilità tecnologiche", conclude Norte.
Ulteriori informazioni: Minxing Xu et al, Carburo di silicio amorfo ad alta resistenza per la nanomeccanica, Materiali avanzati (2023). DOI:10.1002/adma.202306513
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dall'Università della Tecnologia di Delft
