Een team van onderzoekers van de TU Delft heeft een nieuw materiaal ontdekt dat niet alleen sterker is dan diamant en grafeen, maar ook een veel hogere rekgrens heeft dan Kevlar, het materiaal dat wordt gebruikt in kogelvrije vesten. Het gaat om amorf siliciumcarbide (a-SiC), een materiaal dat ideaal is voor het maken van ultragevoelige microchipsensoren voor allerlei toepassingen, van zonnecellen tot ruimteonderzoek.
Wat is amorf siliciumcarbide?
Amorf siliciumcarbide is een materiaal dat bestaat uit silicium- en koolstofatomen die niet in een regelmatig patroon zijn gerangschikt, maar willekeurig door elkaar heen liggen. Dit geeft het materiaal een unieke combinatie van eigenschappen, zoals een hoge sterkte, een lage dichtheid, een goede geleidbaarheid en een hoge weerstand tegen hitte en straling.
De treksterkte van amorf siliciumcarbide is 10 GigaPascal (GPa), wat betekent dat er een enorme kracht nodig is om het materiaal te breken. Ter vergelijking: de treksterkte van diamant is 60 GPa, die van grafeen 130 GPa en die van Kevlar 3 GPa. De rekgrens, de maximale rek die een materiaal kan ondergaan voordat het blijvend vervormt, is voor amorf siliciumcarbide 7 procent, terwijl die voor Kevlar slechts 0,7 procent is.
Hoe hebben de onderzoekers dit materiaal getest?
De onderzoekers van de TU Delft, onder leiding van universitair docent Richard Norte, hebben een innovatieve methode gebruikt om de treksterkte van amorf siliciumcarbide te testen. Ze hebben het materiaal op een siliciumsubstraat gekweekt en opgehangen in de vorm van nanostrengen, dunne draadjes met een diameter van ongeveer 100 nanometer. Door de nanostrengen te verwarmen en af te koelen, hebben ze verschillende trekkrachten op het materiaal uitgeoefend en het breekpunt gemeten. Deze aanpak zorgt voor een hoge precisie en maakt gebruik van de microchiptechnologie die de onderzoekers tot hun beschikking hebben.
Wat zijn de toepassingen van amorf siliciumcarbide?
Amorf siliciumcarbide is een veelbelovend materiaal voor het maken van microchipsensoren die zeer gevoelig zijn voor trillingen, temperatuur, druk, elektriciteit, magnetisme of licht. Deze sensoren kunnen worden gebruikt voor allerlei doeleinden, zoals het meten van de zonnestraling, het detecteren van zwaartekrachtgolven, het analyseren van DNA-moleculen of het monitoren van de gezondheid van astronauten. Amorf siliciumcarbide is ook geschikt voor het maken van geavanceerde zonnecellen die meer energie kunnen opwekken uit het zonlicht.
Een groot voordeel van amorf siliciumcarbide is dat het op grote schaal kan worden geproduceerd, in tegenstelling tot andere supersterke materialen zoals diamant en grafeen, die zeldzaam of duur zijn. Amorf siliciumcarbide kan worden gekweekt op wafers, dunne plakjes silicium die worden gebruikt voor het maken van microchips. Dit maakt het materiaal goedkoop, beschikbaar en compatibel met bestaande technologieën.
Wat is de toekomst van amorf siliciumcarbide?
De ontdekking van amorf siliciumcarbide opent de deur naar een nieuw tijdperk van microchip-technologie, waarin sensoren steeds kleiner, gevoeliger en krachtiger worden. De onderzoekers van de TU Delft willen hun werk voortzetten en het materiaal verder ontwikkelen en optimaliseren voor verschillende toepassingen. Ze hopen ook dat hun methode om de treksterkte van materialen te testen zal worden gebruikt door andere wetenschappers om nieuwe materialen te ontdekken en te karakteriseren.
