Come il diamante, il grafene e altri materiali esotici, il carburo di silicio amorfo (a-SiC) \u00e8 un materiale eccezionalmente resistente, ma a differenza delle sue controparti cristalline non presenta un ordine a lungo raggio nella sua disposizione atomica.<\/p>\n
Questa anomalia aiuta a spiegare come questo materiale riesca a raggiungere una resistenza alla trazione cos\u00ec notevole; il professor Norte stima che fino a 10 automobili di medie dimensioni potrebbero essere sospese da una striscia di a-SiC prima che si rompa.<\/p>\n
Il carburo di silicio (SiC) \u00e8 un composto chimico inorganico composto da carbonio e silicio. Presente in natura come il raro minerale moissanite, il SiC si trova anche come materiale ceramico abrasivo o per giubbotti antiproiettile. Le sue qualit\u00e0 vanno dalla durezza e dagli elevati valori del modulo di Young, alle eccellenti propriet\u00e0 meccaniche ed elettriche e all'ampia finestra di trasparenza nelle lunghezze d'onda del visibile, fino alle eccellenti prestazioni meccaniche ed elettriche nella sua forma cristallina (c-SiC).<\/p>\n
Il SiC ha recentemente attirato l'interesse degli scienziati per la sua superiore resistenza alla trazione. Questo nuovo materiale, che combina materiali cristallini e amorfi, vanta una resistenza alla trazione 10 volte superiore a quella del Kevlar utilizzato per i giubbotti antiproiettile, rendendolo un materiale estremamente robusto ma flessibile, adatto a molti usi, tra cui i sensori ultrasensibili per microchip.<\/p>\n
Il SiC amorfo \u00e8 composto da pezzi di Lego impilati in modo casuale, senza un modello o un ordine regolare nella sua struttura atomica, simile all'aspetto che assume quando \u00e8 posato su una superficie. Ma a differenza delle sue controparti cristalline, la sua randomizzazione non porta alla fragilit\u00e0, ma al contrario rafforza la resilienza e la versatilit\u00e0; la resistenza di 10 gigaPascal lo distingue da altri materiali come prova. Questa incredibile resistenza significa che dieci automobili dovrebbero pesare su di esso per rompere questo materiale!<\/p>\n
Questi straordinari punti di forza rendono l'a-SiC un materiale eccellente per fabbricare strutture MEMS (sistemi microelettromeccanici) come membrane, cantilever e corde. Inoltre, grazie alle temperature pi\u00f9 basse richieste per la deposizione rispetto ai metodi di deposizione del c-SiC, l'a-SiC pu\u00f2 anche consentire processi di deposizione su scala wafer o di produzione ad alto rendimento.<\/p>\n
Per dimostrare le prestazioni superiori dei film di a-SiC, abbiamo fabbricato e misurato risonatori ad anello realizzati con film sottili di questo materiale. I risonatori sono stati adattati con espressioni analitiche prima di essere analizzati con la simulazione del metodo degli elementi finiti; i risultati hanno dimostrato che i film sottili di a-SiC hanno fattori di qualit\u00e0 intrinseci superiori a 4\u00d7105, superando anche quelli trovati nel c-SiN e nel SiC cristallino con una perdita di propagazione in guida d'onda di 0,78dB\/cm - un passo essenziale verso il suo utilizzo in applicazioni integrate di fotonica quantistica.<\/p>\n
Il carburo di silicio amorfo offre diverse caratteristiche che lo rendono un candidato eccellente per l'uso con le piattaforme fotoniche, tra cui l'elevata selettivit\u00e0 chimica, il basso coefficiente di espansione termica, la durezza e la rigidit\u00e0, propriet\u00e0 che lo rendono adatto ad applicazioni di sensori meccanici come i risonatori nanomeccanici. Inoltre, la ricerca ha identificato eccezionali fattori di qualit\u00e0 meccanica a trazione che rendono il carburo di silicio amorfo uno dei materiali migliori per le applicazioni di rilevamento di forza, accelerazione e spostamento.<\/p>\n
Il SiC amorfo ha un modulo di Young molto pi\u00f9 basso rispetto alla sua controparte in silicio (c-Si), il che lo rende pi\u00f9 flessibile per l'uso in applicazioni elettroniche di grande superficie come gli schermi a cristalli liquidi. Inoltre, la sua struttura amorfa riduce l'energia necessaria per ottenere la stessa densit\u00e0 di corrente elettrica della sua controparte a base di silicio.<\/p>\n
Le propriet\u00e0 di bassa espansione termica rendono il PMMA un materiale eccellente per proteggere dall'espansione termica i dispositivi ottici a base metallica, come le fibre ottiche e le lenti. Purtroppo, la sua fragilit\u00e0 ne rende difficile l'utilizzo in applicazioni di massa come finestre o specchi.<\/p>\n
Il carburo di silicio amorfo si distingue come materiale ideale per guide d'onda e amplificatori ottici grazie alla sua forte non linearit\u00e0 del terzo ordine, che lo rende il materiale perfetto per l'impiego di stati intermedi all'interno del suo band gap, potenziati dalle sue strutture amorfe per i processi di assorbimento di due fotoni e di miscelazione di quattro onde.<\/p>\n
Inoltre, il SiC amorfo vanta una bassa conduttivit\u00e0 termica ed elettrica, che gli consente di migliorare significativamente i dispositivi ottici integrati. Inoltre, la sua conducibilit\u00e0 termica \u00e8 paragonabile a quella del tungsteno e del carburo di boro e lo rende adatto ad applicazioni a bassa temperatura, come la gestione termica o le comunicazioni ad alta velocit\u00e0.<\/p>\n
I film di carburo di silicio possono essere creati con varie tecniche, tra cui la deposizione chimica da vapore al plasma (PCVD). Le pellicole prodotte in questo modo possono essere sintonizzate su specifiche lunghezze d'onda per applicazioni ottiche o formate in strutture di risonatori; inoltre possono essere depositate come strati sottili sopra altri substrati o materiali, come substrati di vetro isolante.<\/p>\n
Le simulazioni di dinamica molecolare hanno dimostrato che il SiC amorfo ha una struttura stratificata con la presenza di legami eteronucleari e omonucleari, il cui rapporto cambia con la ricottura. Questa scoperta conferma le funzioni di distribuzione radiale misurate sperimentalmente.<\/p>\n
La scalabilit\u00e0 del carburo di silicio amorfo lo rende il materiale ideale per molte applicazioni ad alte prestazioni, tra cui sensori, celle solari, tecnologie di esplorazione spaziale e compositi strutturali. Inoltre, la sua resistenza allo snervamento supera il Kevlar, rendendolo adatto per sensori ultrasensibili per microchip, celle solari avanzate e tecnologie di esplorazione spaziale. Inoltre, le sue propriet\u00e0 meccaniche uniche consentono l'ingegneria della deformazione in materiali robusti come i compositi strutturali e le guarnizioni meccaniche.<\/p>\n
Il silicio policristallino (c-Si) presenta una struttura cristallina intrecciata, mentre il silicio amorfo (a-Si) \u00e8 caratterizzato da piccoli cristalli disposti in modo granulare all'interno della sua struttura. Per questo motivo, il silicio amorfo (a-Si) pu\u00f2 tollerare pi\u00f9 facilmente la deformazione, consentendo film pi\u00f9 sottili con temperature di processo pi\u00f9 basse rispetto alla sua controparte c-Si.<\/p>\n
La bassa densit\u00e0 pu\u00f2 anche essere un vantaggio per le interfacce neurali, che si basano su elettrodi a film sottile combinati con vibrazioni ad alta frequenza per stimolare o registrare l'attivit\u00e0 cerebrale. Purtroppo, il mantenimento della loro integrit\u00e0 durante l'impianto cronico pu\u00f2 diventare sempre pi\u00f9 impegnativo a causa di complicazioni causate da influenze biologiche e abiotiche, come reazioni infiammatorie e riduzione dello spessore degli impianti.<\/p>\n
Oltre alle sue propriet\u00e0 meccaniche, l'a-SiC presenta anche un impressionante modulo di Young che lo rende utile nella progettazione di risonatori modellati per interfacce neurali. Per dimostrare questa applicazione, il team ha fabbricato e caratterizzato membrane, cantilever e corde in a-SiC; ha eseguito un adattamento analitico per stabilire il loro fattore di qualit\u00e0 intrinseco, il modulo di Young, il rapporto di Poisson e la densit\u00e0; ha eseguito simulazioni con il metodo degli elementi finiti per prevedere le frequenze di modo fondamentali su questi cantilever\/stringhe; ha riscontrato che i risultati concordavano bene con le misure sperimentali.<\/p>\n
L'A-SiC \u00e8 un promettente materiale semiconduttore per i dispositivi optoelettronici di prossima generazione ad alta temperatura, alta frequenza e alta potenza. Il suo band gap presenta una sostanziale non linearit\u00e0 del terzo ordine, 10 volte superiore a quella del SiN e del SiC cristallino, che d\u00e0 luogo a un maggiore assorbimento a due fotoni e a processi di miscelazione a quattro onde. Inoltre, la sua stabilit\u00e0 termica facilita l'integrazione ibrida. Inoltre, questo materiale vanta una buona resistenza chimica in quanto fonte abbondante di droganti di idrogeno, che lo rende adatto come rivestimento di passivazione superficiale contro la corrosione, l'incisione e l'abrasione.<\/p>\n
In un'epoca in cui i materiali ad alta resistenza sono stati storicamente dominati dalle controparti 2D e cristalline, il carburo di silicio amorfo \u00e8 emerso come una novit\u00e0 nel settore. L'esclusiva struttura amorfa di questo materiale gli conferisce una forza straordinaria, nonostante la mancanza di un reticolo coerente con una disposizione ordinata degli atomi; infatti pu\u00f2 sopportare sollecitazioni enormi, pari a quelle che si avrebbero appendendo 10 automobili di medie dimensioni a una striscia di nastro adesivo, prima di cedere alla tensione.<\/p>\n
L'a-SiC si distingue dalle sue controparti cristalline quando si tratta di produzione, grazie al suo carattere amorfo; questo materiale facilita i processi di produzione come i transistor a film sottile (TFT), ampiamente utilizzati per gli schermi a cristalli liquidi e gli imager a raggi X, oltre a molti altri usi. Un vantaggio fondamentale \u00e8 la scalabilit\u00e0: a differenza del grafene e del diamante, che richiedono grandi produzioni per operazioni di fabbricazione su larga scala, la produzione di a-SiC pu\u00f2 avvenire su scala di wafer.<\/p>\n
La scalabilit\u00e0 ha aperto molte applicazioni nella tecnologia dei sensori a microchip. I materiali durevoli proteggono meglio i satelliti e le navicelle spaziali dalle difficili condizioni ambientali che si incontrano nello spazio, e potrebbero persino migliorare la tecnologia delle celle solari per consentire una produzione pi\u00f9 efficiente di energia pulita.<\/p>\n
Infine, l'a-SiC \u00e8 un materiale interessante per le applicazioni integrate di fotonica quantistica. Grazie all'ampio band gap e al ridotto assorbimento a due fotoni alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni, nonch\u00e9 all'ampia finestra di trasparenza negli spettri del visibile e del vicino infrarosso, l'a-SiC \u00e8 una piattaforma eccellente per le sorgenti di fotoni singoli e i qubit di spin.<\/p>\n
A breve, le propriet\u00e0 rivoluzionarie dell'a-SiC trasformeranno diversi settori industriali. La sua resistenza, scalabilit\u00e0 e versatilit\u00e0 stanno gi\u00e0 giocando un ruolo cruciale nelle comunicazioni ad altissima velocit\u00e0 e nelle tecnologie ottiche; ma forse la sua applicazione pi\u00f9 rivoluzionaria si trova nell'ambito dell'esplorazione interstellare, dove la sua capacit\u00e0 di resistere a forze straordinarie potrebbe consentire a razzi e astronavi di raggiungere Marte o anche pi\u00f9 lontano nel nostro universo utilizzando questo materiale. Il suo futuro appare quindi promettente, mentre i suoi effetti sulla societ\u00e0 in generale sono immensi.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Like diamond, graphene and other exotic materials, amorphous silicon carbide (a-SiC) is an exceptionally strong material – however unlike its crystalline counterparts it does not exhibit long range order in its atomic arrangement. This anomaly helps explain how this material manages to achieve such remarkable tensile strength; Professor Norte estimates that up to 10 medium-sized […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[64],"tags":[],"class_list":["post-393","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-knowledge"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/393","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=393"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/393\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":394,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/393\/revisions\/394"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=393"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=393"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ceramicatijolart.com\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=393"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}