碳化硅成为微芯片传感器中的新型超强材料

由助理教授Richard Norte领导的代尔夫特理工大学的研究人员公布了一种引人注目的新材料，具有影响材料科学世界的潜力：非晶碳化硅（a-SiC）。除了其卓越的强度，这种材料还具有微芯片隔振的关键机械性能。因此特别适合制作超灵敏的微芯片传感器。这项研究发表在《先进材料》杂志上。

潜在的应用范围是巨大的。从超灵敏的微芯片传感器和先进的太阳能电池，到先进的太空探索和 DNA 测序技术。这种材料的强度与其可扩展性相结合的优势使其非常有前途。

十辆中型车

“为了更好地理解‘无定形’的关键特征，可以把大多数材料想象成由规则排列的原子组成的，就像一个复杂的乐高积木塔，”Norte解释说。“它们被称为“晶体”材料，例如金刚石。它的碳原子完美地排列在一起，这是它著名的硬度的原因。”

然而，无定形材料类似于一组随机堆放的乐高积木，其中原子缺乏一致的排列。但与预期相反，这种随机化并没有导致脆弱性。事实上，无定形硅碳化物就是从这种随机性中涌现出来的力量的证明。

这种新材料的抗拉强度为10千兆帕斯卡（GPa）。“要理解这意味着什么，想象一下试图拉伸一段管道胶带，直到它断裂。现在，如果你想模拟相当于10G Pa的拉伸应力，你需要把大约10辆中型汽车首尾相连地挂在那条带子上，否则它就会断裂”诺特说。

纳米环

研究人员采用了一种创新的方法来测试这种材料的抗拉强度。他们转而使用微芯片技术，而不是传统的方法，因为传统的方法可能会引入材料固定的不准确性。通过将非晶碳化硅薄膜生长在硅衬底并将其悬挂起来，他们利用纳米线的几何形状来产生高的张力。

通过制造许多这样的具有增加张力的结构，他们仔细地观察了断裂点。这种基于微芯片的方法不仅确保了前所未有的精度，而且为未来的材料测试铺平了道路。

从微观到宏观

最终使这种材料与众不同的是它的可扩展性。石墨烯是一种单层碳原子，以其令人印象深刻的强度而闻名，但大规模生产具有挑战性。金刚石，虽然非常坚固，但要么是稀有的，要么是昂贵的合成。另一方面，非晶碳化硅可以在晶圆级生产，提供这种令人难以置信的坚固材料的大板。

“随着无定形碳化硅的出现，我们正处于芯片研究充满技术可能性的门槛上。” Norte 总结说。

来源：

这项研究发表在《先进材料》杂志上。

潜在的应用范围是巨大的。从超灵敏的微芯片传感器和先进的太阳能电池，到先进的太空探索和 DNA 测序技术。这种材料的强度与其可扩展性相结合的优势使其非常有前途。

十辆中型车

“为了更好地理解‘无定形’的关键特征，可以把大多数材料想象成由规则排列的原子组成的，就像一个复杂的乐高积木塔，”Norte解释说。“它们被称为“晶体”材料，例如金刚石。它的碳原子完美地排列在一起，这是它著名的硬度的原因。”

然而，无定形材料类似于一组随机堆放的乐高积木，其中原子缺乏一致的排列。但与预期相反，这种随机化并没有导致脆弱性。事实上，无定形硅碳化物就是从这种随机性中涌现出来的力量的证明。

这种新材料的抗拉强度为10千兆帕斯卡（GPa）。“要理解这意味着什么，想象一下试图拉伸一段管道胶带，直到它断裂。现在，如果你想模拟相当于10G Pa的拉伸应力，你需要把大约10辆中型汽车首尾相连地挂在那条带子上，否则它就会断裂，”诺特说。

纳米环

研究人员采用了一种创新的方法来测试这种材料的抗拉强度。他们转而使用微芯片技术，而不是传统的方法，因为传统的方法可能会引入材料固定的不准确性。通过将非晶碳化硅薄膜生长在硅衬底并将其悬挂起来，他们利用纳米线的几何形状来产生高的张力。

通过制造许多这样的具有增加张力的结构，他们仔细地观察了断裂点。这种基于微芯片的方法不仅确保了前所未有的精度，而且为未来的材料测试铺平了道路。

为什么要关注纳米弦“纳米弦是基本的建筑模块，是可以用来建造更复杂的悬浮结构的基础。展示纳米线的高屈服强度转化为展示其最基本形式的强度。”

从微观到宏观

最终使这种材料与众不同的是它的可扩展性。石墨烯是一种单层碳原子，以其令人印象深刻的强度而闻名，但大规模生产具有挑战性。钻石，虽然非常坚固，但要么是稀有的，要么是昂贵的合成。另一方面，非晶碳化硅可以在晶圆级生产，提供这种令人难以置信的坚固材料的大板。

“随着无定形碳化硅的出现，我们正处于芯片研究充满技术可能性的门槛上。” Norte 总结说。

审核编辑：刘清