a-SiC : un nuovo materiale più resistente del kevlar ed economicamente conveniente

I ricercatori della Delft University of Technology hanno creato un nuovo materiale che ha una resistenza allo snervamento dieci volte superiore al Kevlar, rivaleggiando con la forza di altre alternative super resistenti come il grafene e i diamanti. Lo studio è stato pubblicato su Advanced Materials. Lo studio è pubblicato sulla rivista Advanced Materials.

Il nuovo materiale si chiama carburo di silicio amorfo (a-SiC) e potrebbe avere una serie di applicazioni che vanno oltre i dispositivi di protezione per consentire microchip altamente sensibili.

Le fibre sintetiche ad alta resistenza come il Kevlar sono rinomate per la loro notevole resistenza all’abrasione e all’usura. Sono utilizzati soprattutto in applicazioni di rinforzo e rafforzamento, in particolare in giubbotti antiproiettile, caschi e altri indumenti protettivi.

Oltre la protezione personale

“Per comprendere meglio la caratteristica cruciale dell'”amorfo”, pensate alla maggior parte dei materiali come costituiti da atomi disposti in uno schema regolare, come una torre di Lego costruita in modo intricato”, ha spiegato l’assistente professore Richard Norte che ha guidato il nuovo lavoro.

“Questi sono definiti materiali “cristallini”, come ad esempio il diamante. Ha atomi di carbonio perfettamente allineati, contribuendo alla sua famosa durezza.

Tuttavia, questa randomizzazione non porta alla fragilità come si potrebbe supporre. Il carburo di silicio amorfo, infatti, fornisce la prova che la resistenza può nascere dall’imprevedibilità poiché il materiale vanta una resistenza alla trazione di 10 GigaPascal (GPa).

“Per capire cosa significa, immagina di provare ad allungare un pezzo di nastro adesivo finché non si rompe. Ora, se volessi simulare una sollecitazione di trazione equivalente a 10 GPa, dovresti appendere una decina di auto di medie dimensioni da un’estremità all’altra su quella striscia prima che si rompa“, ha detto Norte.

Il nuovo materiale ultraleggero è più resistente dell’acciaio e del Kevlar, ma anche altre caratteristiche interessanti.

Oltre alla sua notevole resistenza, questo materiale presenta qualità meccaniche essenziali per l’isolamento dalle vibrazioni su un microchip. Pertanto, il carburo di silicio amorfo è particolarmente adatto per creare sensori a microchip estremamente sensibili.

Un metodo nuovo per creare sensori estremi

Per studiare questo potenziale applicativo unico, i ricercatori hanno utilizzato un metodo basato su microchip per i test sui materiali, che garantisce una precisione senza precedenti. Sono stati in grado di creare forze di trazione elevate facendo crescere le pellicole di carburo di silicio amorfo su un substrato di silicio e sospendendole. Ciò è stato reso possibile dalla forma delle nanostringhe.

Si è poi proceduto a monitorare attentamente il punto di rottura dei materiali creando numerose di queste strutture con sollecitazioni di trazione progressivamente maggiori. Le nanostringhe sono state impiegate come base su cui costruire strutture sospese più complesse perché mostrare un’elevata resistenza allo snervamento nei componenti equivale a mostrare forza nella loro forma più elementare.

I ricercatori hanno riferito che il nuovo materiale è altamente scalabile, cioè producibile in quantità industriali,  soprattutto rispetto ad altre alternative come il grafene e i diamanti, che sono costosi e inefficienti da produrre. Pertanto, il carburo di silicio amorfo è estremamente promettente per applicazioni che vanno dagli strumenti all’avanguardia per l’esplorazione spaziale e le tecnologie di sequenziamento del DNA ai sensori di microchip altamente sensibili e alle sofisticate celle solari.

“Con l’emergere del carburo di silicio amorfo, siamo sulla soglia della ricerca sui microchip ricca di possibilità tecnologiche”, ha affermato Norte.