Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft, dirigidos por el profesor asistente Richard Norte, han desvelado un nuevo material notable con potencial para impactar el mundo de la ciencia de los materiales:el carburo de silicio amorfo (a-SiC). Más allá de su resistencia excepcional, este material demuestra propiedades mecánicas cruciales para el aislamiento de vibraciones en un microchip. Por lo tanto, el carburo de silicio amorfo es especialmente adecuado para fabricar sensores de microchip ultrasensibles.
El estudio se publica en la revista Advanced Materials. .
La gama de aplicaciones potenciales es amplia. Desde sensores de microchips ultrasensibles y células solares avanzadas hasta tecnologías pioneras de exploración espacial y secuenciación de ADN. Las ventajas de la resistencia de este material combinadas con su escalabilidad lo hacen excepcionalmente prometedor.
"Para comprender mejor la característica crucial de lo 'amorfo', piense en la mayoría de los materiales como si estuvieran formados por átomos dispuestos en un patrón regular, como una torre de Lego intrincadamente construida", explica Norte. "Estos se denominan materiales 'cristalinos', como por ejemplo el diamante. Tiene átomos de carbono perfectamente alineados, lo que contribuye a su famosa dureza."
Sin embargo, los materiales amorfos son similares a un conjunto de Legos apilados al azar, donde los átomos carecen de una disposición consistente. Pero contrariamente a lo esperado, esta aleatorización no resulta en fragilidad. De hecho, el carburo de silicio amorfo es un testimonio de la fuerza que surge de tal aleatoriedad.
La resistencia a la tracción de este nuevo material es de 10 GigaPascal (GPa). "Para comprender lo que esto significa, imagine intentar estirar un trozo de cinta adhesiva hasta que se rompa. Ahora bien, si quisiera simular la tensión de tracción equivalente a 10 GPa, necesitaría colgar unos diez automóviles de tamaño mediano en los extremos. "Para terminar esa franja antes de que se rompa", dice Norte.
Los investigadores adoptaron un método innovador para probar la resistencia a la tracción de este material. En lugar de métodos tradicionales que podrían introducir imprecisiones en la forma en que se ancla el material, recurrieron a la tecnología de microchips. Al hacer crecer las películas de carburo de silicio amorfo sobre un sustrato de silicio y suspenderlas, aprovecharon la geometría de las nanocuerdas para inducir altas fuerzas de tracción.
Al fabricar muchas de estas estructuras con fuerzas de tracción cada vez mayores, observaron meticulosamente 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 centrarse en las nanocuerdas? "Las nanocuerdas son bloques de construcción fundamentales, la base misma que se puede utilizar para construir estructuras suspendidas más complejas. Demostrar un alto límite elástico en una nanocuerda se traduce en mostrar fuerza en su forma más elemental".
Y lo que finalmente distingue a este material es su escalabilidad. El grafeno, una sola capa de átomos de carbono, es conocido por su impresionante resistencia, pero es difícil producirlo en grandes cantidades. Los diamantes, aunque inmensamente fuertes, son raros en la naturaleza o costosos de sintetizar. El carburo de silicio amorfo, por otro lado, se puede producir a escala de oblea, lo que ofrece grandes láminas de este material increíblemente robusto.
"Con la aparición del carburo de silicio amorfo, nos encontramos en el umbral de una investigación sobre microchips repleta de posibilidades tecnológicas", concluye Norte.
Más información: Minxing Xu et al, Carburo de silicio amorfo de alta resistencia para nanomecánica, Materiales avanzados (2023). DOI:10.1002/adma.202306513
Información de la revista: Materiales avanzados
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Delft
