Ciencia

Amorphous: La Nueva Era de Materiales Ultra-Resistentes

Un nuevo material que no solo rivaliza con la resistencia de los diamantes y el grafeno, sino que cuenta con una resistencia al límite elástico 10 veces mayor que el Kevlar, conocido por su uso en chalecos antibalas.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft, liderados por el profesor asistente Richard Norte, han presentado un nuevo material notable con el potencial de impactar en el mundo de la ciencia de materiales: carburo de silicio amorfo (a-SiC).

Más allá de su excepcional resistencia, este material demuestra propiedades mecánicas cruciales para el aislamiento de vibraciones en un microchip. Por lo tanto, el carburo de silicio amorfo es particularmente adecuado para fabricar sensores de microchips ultra sensibles.

El rango de aplicaciones potenciales es vasto. Desde sensores de microchips ultra sensibles y células solares avanzadas hasta tecnologías pioneras en exploración espacial y secuenciación de ADN. Las ventajas de la resistencia de este material combinadas con su escalabilidad lo hacen excepcionalmente prometedor.

Diez coches de tamaño medio «Para entender mejor la característica crucial de ‘amorfo’, piensa en la mayoría de los materiales como compuestos por átomos dispuestos en un patrón regular, como una torre de LEGO intrincadamente construida», explica Norte. «Estos se denominan materiales ‘cristalinos’, como por ejemplo, un diamante. Tiene átomos de carbono perfectamente alineados, contribuyendo 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 contrario a las expectativas, esta aleatoriedad 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 GigaPascales (GPa). «Para comprender lo que esto significa, imagina intentar estirar un trozo de cinta adhesiva hasta que se rompa. Ahora, si quisieras simular el estrés a la tracción equivalente a 10 GPa, necesitarías colgar alrededor de diez coches de tamaño medio uno tras otro de esa tira antes de que se rompa», dice Norte.

Nanostrings Los investigadores adoptaron un método innovador para probar la resistencia a la tracción de este material. En lugar de métodos tradicionales que podrían introducir inexactitudes por la forma en que el material está anclado, recurrieron a la tecnología de microchips. Al cultivar películas de carburo de silicio amorfo en un sustrato de silicio y suspenderlas, aprovecharon la geometría de las nanostrings para inducir altas fuerzas de tracción. Al fabricar muchas de estas estructuras con fuerzas de tracción crecientes, observaron meticulosamente el punto de ruptura. Este enfoque basado en microchips no solo asegura una precisión sin precedentes, sino que también allana el camino para futuras pruebas de materiales.

¿Por qué el enfoque en nanostrings? «Las nanostrings son bloques de construcción fundamentales, la base misma que se puede usar para construir estructuras suspendidas más intrincadas. Demostrar una alta resistencia al límite elástico en una nanostring se traduce en mostrar fuerza en su forma más elemental».

De micro a macro 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 de producir en grandes cantidades. Los diamantes, aunque inmensamente fuertes, son raros en la naturaleza o costosos de sintetizar. Por otro lado, el carburo de silicio amorfo se puede producir a escalas de obleas, ofreciendo grandes láminas de este material increíblemente robusto.

«Con la aparición del carburo de silicio amorfo, estamos en el umbral de la investigación de microchips llena de posibilidades tecnológicas», concluye Norte.

Referencia: “Carburo de Silicio Amorfo de Alta Resistencia para Nanomecánica” por Minxing Xu, Dongil Shin, Paolo M. Sberna, Roald van der Kolk, Andrea Cupertino, Miguel A. Bessa y Richard A. Norte, 12 de octubre de 2023, Advanced Materials.

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