ابداع ماده جدیدی ۱۰ برابر قوی‌تر از کِولار

به گزارش آی‌ای، پژوهشگران دانشگاه صنعتی دلفت(Delft) ماده جدیدی ساخته‌اند که قدرت آن ۱۰ برابر بیشتر از کِولار است و با استحکام سایر جایگزین‌های فوق‌العاده قوی مانند گرافن و الماس رقابت می‌کند.

الیاف مصنوعی با استحکام بالا مانند کِولار به انعطاف‌پذیری قابل توجه در برابر سایش و فرسودگی مشهور هستند. آنها به ویژه در کاربردهایی که تقویت کنندگی دارند مانند بکار رفتن در زره‌ها، کلاه‌های ایمنی و سایر تجهیزات محافظ استفاده می‌شوند.

فراتر رفتن از تجهیزات محافظ

این ماده جدید، کاربید سیلیکون آمورف(a-SiC) نامیده می‌شود و می‌تواند کاربردهای زیادی داشته باشد که فراتر از تجهیزات محافظ است و ساخت ریزتراشه‌های بسیار حساس را ممکن می‌سازد.

ریچارد نورته سرپرست این مطالعه توضیح داد: برای درک بهتر ویژگی مهم آمورف(نامنظم)، تصور کنید بیشتر مواد از اتم‌هایی تشکیل شده‌اند که مانند یک برج ساخته شده از لِگو در یک الگوی منظم قرار گرفته‌اند. چنین موادی مانند الماس به عنوان مواد کریستالی(بلوری) شناخته می‌شوند که در آن اتم‌های کربن کاملاً در یک راستا قرار دارند و به سفتی و مقاومت آن کمک می‌کنند.

وی افزود: با این حال، کاربید سیلیکون آمورف در واقع اثبات می‌کند که استحکام می‌تواند از غیرقابل پیش‌بینی بودن ناشی شود، زیرا این ماده دارای استحکام کششی ۱۰ گیگاپاسکال(GPa) است. برای درک این که این به چه معناست، تصور کنید که سعی می‌کنید یک تکه نوار چسب را بکشید تا پاره شود. حالا اگر می‌خواهید فشار کششی معادل ۱۰ گیگاپاسکال را شبیه‌سازی کنید، باید حدود ۱۰ خودروی متوسط را قبل از پاره شدن نوار چسب، از آن آویزان کنید.

این ماده علاوه بر استحکام قابل توجه، دارای برخی ویژگی‌های مکانیکی است که برای جداسازی ارتعاش بر روی یک ریزتراشه ضروری است. بنابراین، کاربید سیلیکون آمورف به ویژه برای ایجاد حسگرهای ریزتراشه بسیار حساس مناسب است.

یک روش مبتنی بر ریزتراشه برای آزمایش مواد

پژوهشگران برای مطالعه این پتانسیل کاربردی منحصر به فرد، از یک روش مبتنی بر ریزتراشه برای آزمایش مواد استفاده کردند که دقتی را که قبلاً شنیده نشده بود، تضمین می‌کند. آنها توانستند با رشد لایه‌های کاربید سیلیکون آمورف روی یک بستر سیلیکونی و معلق کردن آنها، نیروهای کششی بالایی ایجاد کنند. این امر با شکل نانورشته‌ای امکان‌پذیر شد.

آنها سپس با ایجاد تعداد زیادی از این ساختارها با تنش‌های کششی به تدریج بالاتر، به نظارت دقیق بر نقطه تجزیه مواد پرداختند. نانورشته‌ها به‌عنوان پایه‌ای برای ساخت سازه‌های معلق پیچیده‌تر مورد استفاده قرار گرفتند، زیرا نشان دادن استحکام تسلیم بالا در اجزا برابر است با نمایش قدرت در عنصری‌ترین شکل آنها.

پژوهشگران گزارش کردند که این ماده جدید به ویژه در مقایسه با جایگزین‌های دیگر مانند گرافن و الماس که تولید آنها پرهزینه و ناکارآمد است، بسیار مقیاس‌پذیر است. به این ترتیب، کاربید سیلیکون آمورف برای کاربردهای مختلف از ابزارهای پیشرفته اکتشاف فضایی و فناوری‌های توالی‌یابی دی‌ان‌ای گرفته تا حسگرهای ریزتراشه بسیار حساس و سلول‌های خورشیدی پیچیده بسیار امیدوارکننده است.

نورته گفت: با ظهور کاربید سیلیکون آمورف، ما در آستانه تحقیقات ریزتراشه‌ای پر از امکانات فناوری هستیم.

این مطالعه در مجله Advanced Materials منتشر شده است.