Os cientistas desenvolveram carboneto de silício amorfo, um material forte e escalável com uso potencial em sensores de microchip, células solares e exploração espacial. Esta descoberta promete avanços significativos na ciência dos materiais e na tecnologia de microchips. Impressão artística de nanostrings de carboneto de silício amorfo testando até sua resistência à tração limite. Crédito: Pincel Científico
Um material que não rivaliza apenas com a resistência dos diamantes e grafenomas possui uma resistência ao escoamento 10 vezes maior que o Kevlar, conhecido por seu uso em coletes à prova de balas.
Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft, liderados pelo professor assistente Richard Norte, revelaram um novo material notável com potencial para impactar o mundo da ciência dos materiais: carboneto de silício amorfo (a-SiC).
Além de sua resistência excepcional, este material demonstra propriedades mecânicas cruciais para o isolamento de vibrações em um microchip. O carboneto de silício amorfo é, portanto, particularmente adequado para a fabricação de sensores de microchip ultrassensíveis.
A gama de aplicações potenciais é vasta. Desde sensores de microchip ultrassensíveis e células solares avançadas até exploração espacial pioneira e ADN tecnologias de sequenciamento. As vantagens da resistência deste material combinadas com a sua escalabilidade tornam-no excepcionalmente promissor.
Dez carros de médio porte
“Para compreender melhor a característica crucial do “amorfo”, pense na maioria dos materiais como sendo feitos de átomos dispostos num padrão regular, como uma torre LEGO intrincadamente construída”, explica Norte. “Estes são denominados materiais “cristalinos”, como por exemplo o diamante. Possui átomos de carbono perfeitamente alinhados, contribuindo para sua famosa dureza.” No entanto, os materiais amorfos são semelhantes a um conjunto de Legos empilhados aleatoriamente, onde os átomos carecem de um arranjo consistente. Mas, contrariamente às expectativas, esta randomização não resulta em fragilidade. Na verdade, o carboneto de silício amorfo é uma prova da força que emerge dessa aleatoriedade.
A resistência à tração deste novo material é de 10 GigaPascal (GPa). “Para entender o que isso significa, imagine tentar esticar um pedaço de fita adesiva até que ele quebre. Agora, se você quiser simular a tensão de tração equivalente a 10 GPa, precisará pendurar cerca de dez carros de tamanho médio de ponta a ponta naquela faixa antes que ela quebre”, diz Norte.
Nanocordas
Os pesquisadores adotaram um método inovador para testar a resistência à tração desse material. Em vez de métodos tradicionais que poderiam introduzir imprecisões na forma como o material é ancorado, eles recorreram à tecnologia de microchip. Ao cultivar os filmes de carboneto de silício amorfo em um substrato de silício e suspendê-los, eles aproveitaram a geometria das nanocordas para induzir altas forças de tração. Ao fabricar muitas dessas estruturas com forças de tração crescentes, eles observaram meticulosamente 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 o foco em nanocordas? “As nanocordas são blocos de construção fundamentais, a base que pode ser usada para construir estruturas suspensas mais complexas. Demonstrar alta resistência ao escoamento em um nanostring se traduz em mostrar força em sua forma mais elementar.”
Do micro ao macro
E o que finalmente diferencia este material é a sua escalabilidade. O grafeno, uma camada única de átomos de carbono, é conhecido pela sua força impressionante, mas é difícil de produzir em grandes quantidades. Os diamantes, embora imensamente fortes, são raros na natureza ou caros para sintetizar. O carboneto de silício amorfo, por outro lado, pode ser produzido em escalas de wafer, oferecendo grandes folhas deste material incrivelmente robusto.
“Com o surgimento do carboneto de silício amorfo, estamos no limiar da pesquisa de microchips repleta de possibilidades tecnológicas”, conclui Norte.
Referência: “Carbeto de silício amorfo de alta resistência para nanomecânica” por Minxing Xu, Dongil Shin, Paolo M. Sberna, Roald van der Kolk, Andrea Cupertino, Miguel A. Bessa e Richard A. Norte, 12 de outubro de 2023, Materiais avançados.
DOI: 10.1002/adma.202306513
