Os cientistas desenvolveram carboneto de silício amorfo, um material forte e escalável que poderia ser usado em sensores de microchip, células solares e exploração espacial. Espera-se que esta descoberta leve a avanços significativos na ciência dos materiais e na tecnologia de microchips. Gráfico de teste de resistência à tração de nanoanéis de carboneto de silício amorfo. A resistência desse material não é apenas comparável ao diamante e ao grafeno, mas seu limite de escoamento é 10 vezes maior que o do Kevlar, um material famoso por seu uso em coletes à prova de balas.
Durante décadas, materiais de película fina têm sido usados para realizar ressonadores mecânicos altamente sensíveis sob altas cargas de tração. Embora tenha sido feito um grande progresso na realização de sensores mecânicos de baixa dissipação utilizando alta tensão de tração, o desempenho mesmo das melhores estratégias é limitado pela resistência à ruptura por tração do material ressonador.
Pesquisadores da TU Delft, liderados pelo professor assistente Richard Norte, introduziram um novo material extraordinário que promete impactar o mundo da ciência dos materiais: carboneto de silício amorfo (a-SiC).
Este material não é apenas extremamente forte, mas também possui propriedades mecânicas que são críticas para o isolamento de vibração do microchip. O carboneto de silício amorfo é, portanto, particularmente adequado para a fabricação de sensores de microchip ultrassensíveis.
A gama de aplicações potenciais é muito ampla. Desde sensores de microchip ultrassensíveis e células solares avançadas até exploração espacial pioneira e tecnologia de sequenciamento de DNA. As vantagens de resistência do material combinadas com a sua escalabilidade tornam-no incrivelmente promissor.
“Para compreender melhor esta propriedade fundamental de ser amorfo, pense na maioria dos materiais como sendo feitos de átomos dispostos num padrão regular, como uma intrincada torre de Lego”, explica Knott. "Esses materiais são chamados de materiais 'cristalinos', como o diamante. Seus átomos de carbono são completamente. No entanto, os materiais amorfos são como tijolos de Lego empilhados aleatoriamente, mas, ao contrário das expectativas, essa aleatoriedade não leva à fragilidade. Na verdade, o carboneto de silício amorfo demonstra a força que essa aleatoriedade cria."
O novo material tem resistência à tração de 10 gigapascais (GPa). “Para entender o que isso significa, imagine tentar esticar um pedaço de fita até que ele quebre”, disse Knott. "Agora, se você quisesse simular o equivalente a 10 GPa de tensão de tração, precisaria pendurar cerca de 10 carros de tamanho médio de ponta a ponta na fita antes que ela quebrasse."
nanoprimavera
Os pesquisadores usaram um método inovador para testar a resistência à tração do material. Embora os métodos tradicionais possam causar erros devido à forma como o material é mantido no lugar, eles usaram tecnologia de microchip. Ao cultivar uma película fina de carboneto de silício amorfo em um substrato de silício e suspendê-lo, eles exploraram a geometria dos nanoanéis para induzir altas forças de tração. Ao fazer muitas dessas estruturas e aumentar a força de tração, eles observaram cuidadosamente o ponto de ruptura. Essa abordagem baseada em microchip não apenas garante uma precisão sem precedentes, mas também abre caminho para futuros testes de materiais.
Por que precisamos nos preocupar com os nanoanéis? Nanorings são os blocos de construção mais básicos e a base para a construção de estruturas suspensas mais complexas. Demonstrar alto limite de escoamento em nanorings é demonstrar resistência em sua forma mais básica.
Do micro ao macro
O que torna este material único é a sua escalabilidade. O grafeno, composto por uma única camada de átomos de carbono, é conhecido pela sua incrível resistência, mas é difícil de produzir em grandes quantidades. Embora os diamantes sejam incrivelmente fortes, eles são raros na natureza e caros para sintetizar. O carboneto de silício amorfo, por outro lado, pode ser produzido em escala de wafer, fornecendo este material a granel incrivelmente forte.
“Com o advento do carboneto de silício amorfo, estamos no limiar da pesquisa de microchips repleta de possibilidades tecnológicas”, concluiu Knott.
Este material forte e de película fina tem grande potencial para aplicações em sensores nanomecânicos, células solares, aplicações biológicas, exploração espacial e outras áreas onde resistência e estabilidade são necessárias em ambientes dinâmicos. As descobertas deste estudo abrem novas possibilidades para o uso de materiais de película fina amorfos em aplicações de alto desempenho.
Fonte compilada: ScitechDaily