I ricercatori della TU Delft hanno scoperto un nuovo materiale ultra resistente per i sensori a microchip

Si tratta di un materiale che non solo è resistente quanto il diamante e il grafene, ma ha anche una resistenza allo snervamento dieci volte maggiore del Kevlar, noto per il suo utilizzo nei giubbotti antiproiettile.

I ricercatori della TU Delft, guidati dal professore associato Richard Nortje, hanno scoperto un nuovo materiale straordinario che potrebbe avere un impatto importante nella scienza dei materiali: il carburo di silicio amorfo (a-SiC). Oltre alla sua eccezionale resistenza, questo materiale presenta proprietà meccaniche essenziali per isolare le vibrazioni sul microchip. Pertanto, il carburo di silicio amorfo è particolarmente adatto per realizzare sensori a microchip ultrasensibili.

La gamma di potenziali applicazioni è enorme. Dai sensori microchip ultrasensibili e celle solari avanzate alle tecnologie pionieristiche per la ricerca spaziale e l’identificazione del DNA. I vantaggi della resistenza di questo materiale e la sua scalabilità lo rendono promettente.

Dieci auto di medie dimensioni
“Per comprendere meglio la fondamentale proprietà ‘amorfa’, si consideri che la maggior parte dei materiali sono composti da atomi disposti secondo uno schema regolare, come una torre di Lego ben costruita”, spiega Nortje. Questi materiali sono detti “cristallini”, come il diamante. Gli atomi di carbonio sono perfettamente allineati, contribuendo alla sua famosa rigidità.

RA (Richard) Nortje
ranorte@tudelft.nl
I materiali amorfi, d’altro canto, assomigliano a un insieme di pezzi Lego impilati casualmente, in cui gli atomi non sono disposti in modo coerente. Contrariamente a quanto ci si potrebbe aspettare, questa casualità non porta alla fragilità ma piuttosto a un materiale estremamente resistente. La resistenza alla trazione del carburo di silicio amorfo è di 10 gigapascal (GPa). “Per capire cosa significa, immaginiamo di provare ad allungare un pezzo di nastro fino a romperlo – spiega Nortje – Ora, se volessi simulare uno sforzo di trazione corrispondente a 10 GPa, dovresti appendere una decina di nastri di medie dimensioni. auto una di fronte all’altra su questo nastro prima di essere rotte.

Nanofilamenti
I ricercatori hanno utilizzato un metodo innovativo per testare la resistenza alla trazione di questo materiale. Invece dei metodi tradizionali che potrebbero causare irregolarità nel materiale a causa dell’installazione, è stata utilizzata la tecnologia del microchip. Facendo crescere e sospendendo strati di carburo di silicio amorfo su un substrato di silicio, hanno sfruttato l’ingegneria dei nanofilamenti per generare elevate forze di trazione. Creando diverse strutture di questo tipo con forze di trazione crescenti, hanno osservato con precisione il punto di cedimento. Questo approccio non solo fornisce una precisione senza precedenti, ma apre anche la strada a futuri esperimenti sui materiali.

Ma perché l’attenzione è rivolta al nano? “I nanofili sono elementi costitutivi fondamentali, le fondamenta su cui sono costruite le strutture di sospensione più complesse. L’elevato limite di snervamento di un nanofilo si traduce nella resistenza del materiale nella sua forma più semplice.

Dal micro al macro
In definitiva, ciò che 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, nonostante il loro enorme potere, sono rari in natura o costosi da produrre. Il carburo di silicio amorfo, invece, può essere prodotto su scala wafer, rendendo disponibili grandi fogli di questo materiale estremamente resistente.

“Con l’avvento del carburo di silicio amorfo, siamo al culmine dell’era dei microchip ricca di possibilità tecnologiche”, conclude Nortje.