a-SiC: новый материал, более прочный, чем кевлар, и экономически удобный.
Исследователи из Делфтского технологического университета создали новый материал, предел текучести которого в десять раз превышает предел текучести кевлара, конкурируя по прочности с другими сверхпрочными альтернативами, такими как графен и алмазы. Исследование было опубликовано в Advanced Materials. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials .
Новый материал называется аморфным карбидом кремния (a-SiC) и может иметь ряд применений, выходящих за рамки защитных устройств и позволяющих создавать высокочувствительные микрочипы.
Высокопрочные синтетические волокна, такие как кевлар, известны своей замечательной устойчивостью к истиранию и износу. Они используются в основном для армирования и усиления, особенно в бронежилетах, шлемах и другой защитной одежде.
Помимо личной защиты
«Чтобы лучше понять важнейшую характеристику «аморфности», представьте себе, что большинство материалов состоят из атомов, расположенных в регулярном порядке, как сложная конструкция башни из Lego», — объяснил доцент Ричард Норте, возглавлявший новую работу.
«Они определяются как «кристаллические» материалы, такие как алмаз. Он имеет идеально выровненные атомы углерода, что способствует его знаменитой твердости.
Однако эта рандомизация не приводит к хрупкости, как можно было бы предположить. Фактически, аморфный карбид кремния доказывает, что прочность может возникнуть из-за непредсказуемости, поскольку этот материал имеет предел прочности на разрыв 10 гигапаскалей (ГПа).
«Чтобы понять, что это значит, представьте, что вы пытаетесь растянуть кусок клейкой ленты, пока он не порвется. Теперь, если вы хотите смоделировать растягивающее напряжение, эквивалентное 10 ГПа, вам придется подвесить около десяти автомобилей среднего размера вплотную к этой полосе, прежде чем она сломается», — сказал Норте.
Новый сверхлегкий материал прочнее стали и кевлара, но имеет и другие интересные особенности.
Помимо своей замечательной прочности, этот материал обладает механическими качествами, необходимыми для виброизоляции микрочипа. Поэтому аморфный карбид кремния особенно подходит для создания чрезвычайно чувствительных микрочип-сенсоров.
Новый метод создания экстремальных датчиков
Чтобы изучить этот уникальный потенциал применения, исследователи использовали метод тестирования материалов на основе микрочипов, который обеспечивает беспрецедентную точность. Им удалось создать высокие растягивающие силы, выращивая пленки аморфного карбида кремния на кремниевой подложке и подвешивая их. Это стало возможным благодаря форме нанострун.
Затем мы приступили к тщательному контролю за пределом прочности материалов, создав множество таких структур со все более возрастающими растягивающими напряжениями. Наноструны использовались в качестве основы для создания более сложных подвесных конструкций, поскольку демонстрация высокого предела текучести в компонентах эквивалентна демонстрации прочности в их самой простой форме.
Исследователи сообщили, что новый материал легко масштабируется, то есть его можно производить в промышленных количествах, особенно по сравнению с другими альтернативами, такими как графен и алмазы, производство которых дорого и неэффективно. Таким образом, аморфный карбид кремния чрезвычайно перспективен для применения в самых разных областях: от передовых инструментов для космических исследований и технологий секвенирования ДНК до высокочувствительных микрочиповых датчиков и сложных солнечных элементов.
«С появлением аморфного карбида кремния мы находимся на пороге исследований микрочипов, полных технологических возможностей», — сказал Норте.
Благодаря нашему Telegram-каналу вы можете быть в курсе публикации новых статей «Экономические сценарии».
Статья a-SiC: новый материал, более прочный, чем кевлар, и экономически удобный, разработан компанией Scenari Economici .
Это автоматический перевод публикации, опубликованной в журнале Scenari Economici по адресу https://scenarieconomici.it/a-sic-un-nuovo-materiale-piu-resistente-del-kevlar-ed-economicamente-conveniente/ в Sun, 05 Nov 2023 09:00:53 +0000.