Il carburo di silicio amorfo potrebbe rivoluzionare la scienza dei materiali

Gli scienziati hanno sviluppato il carburo di silicio amorfo, un materiale resistente e scalabile che può essere utilizzato nei sensori di microchip, nelle celle solari e nell'esplorazione spaziale. Questo risultato promette importanti progressi nella scienza dei materiali e nella tecnologia dei microchip. Rappresentazione artistica di nanostringhe di carburo di silicio amorfo testate per la massima resistenza alla trazione. Credito: pennello scientifico

Un materiale che non solo rivaleggia con la forza del diamante GrafeneMa il limite elastico è dieci volte maggiore del Kevlar, noto per il suo utilizzo nei giubbotti antiproiettile.

I ricercatori della Delft University of Technology, guidati dal professore associato Richard Nortje, hanno svelato un nuovo straordinario materiale che ha il potenziale per avere un impatto sul mondo della scienza dei materiali: il carburo di silicio amorfo (a-SiC).

Oltre alla sua eccezionale resistenza, questo materiale presenta importanti proprietà meccaniche per isolare le vibrazioni su un chip elettronico. Pertanto, il carburo di silicio amorfo è particolarmente adatto per la produzione di sensori a microchip ultrasensibili.

La gamma di potenziali applicazioni è ampia. Dai sensori microchip ultrasensibili e le celle solari avanzate all'esplorazione pionieristica dello spazio ADN Tecniche di sequenziamento. I vantaggi in termini di resistenza di questo materiale combinati con la sua scalabilità lo rendono eccezionalmente promettente.

Dieci auto di medie dimensioni

“Per comprendere meglio la caratteristica cruciale del termine 'amorfo', si pensi alla maggior parte dei materiali come costituiti da atomi disposti secondo uno schema regolare, come una complessa torre di Lego”, spiega Nortje. Questi materiali sono chiamati materiali “cristallini”, come il diamante. I suoi atomi di carbonio sono perfettamente allineati, il che contribuisce alla sua famosa durezza. Tuttavia, i materiali amorfi assomigliano a un insieme di pezzi Lego impilati casualmente, in cui gli atomi non sono disposti in modo coerente. Ma contrariamente alle aspettative, questa casualità non porta alla fragilità. Il carburo di silicio amorfo, infatti, testimonia la forza che nasce da una simile coincidenza.

La resistenza alla trazione di questo nuovo materiale è di 10 gigapascal (GPa). “Per capire cosa significa, immagina di provare a tendere un pezzo di nastro fino a romperlo. Ora, se volessi simulare uno sforzo di trazione equivalente a 10 GPa, dovresti appendere a quel pezzo una decina di auto di medie dimensioni nastro prima che si rompesse”, dice Nortje.

Nano corde

I ricercatori hanno adottato un metodo innovativo per testare la resistenza alla trazione di questo materiale. Invece dei metodi tradizionali che possono portare a imprecisioni nel modo in cui il materiale viene installato, si sono rivolti alla tecnologia dei microchip. Facendo crescere 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. Realizzando molte di queste strutture con forze di trazione crescenti, hanno osservato con precisione il punto di cedimento. Questo approccio basato su microchip non solo garantisce una precisione senza precedenti, ma apre anche la strada a futuri test sui materiali.

Perché concentrarsi sulle nanostringhe? “Le nanostringhe sono elementi costitutivi fondamentali, la base che può essere utilizzata per costruire strutture sospese più complesse. Esibire un'elevata resistenza allo snervamento in una nanostringa si traduce nel dimostrare la forza nella sua forma più semplice.

Dal micro al macro

Ciò che alla fine distingue questo dispositivo è la sua espandibilità. Il grafene, un singolo strato di atomi di carbonio, è noto per la sua forza impressionante ma è difficile da produrre in grandi quantità. Sebbene i diamanti siano estremamente resistenti, sono rari in natura o costosi da produrre. Il carburo di silicio amorfo, invece, può essere prodotto su scala wafer, fornendo grandi fogli di questo materiale incredibilmente resistente.

“Con l'avvento del carburo di silicio amorfo, ci troviamo sulla soglia della ricerca sui microchip ricca di possibilità tecnologiche”, conclude Nortje.