在一個(gè)以納米和千兆帕斯卡衡量技術(shù)進(jìn)步的時(shí)代，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的研究人員的最新研究標(biāo)志著一個(gè)重要的里程碑:一種名為非晶碳化硅（ amorphous silicon carbide, a-SiC）的新材料的重新定義了極限材料科學(xué)的強(qiáng)度和耐用性。這一突破有望擴(kuò)大工程應(yīng)用的范圍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)前材料所能提供的范圍。
發(fā)現(xiàn)和屬性
對(duì)更強(qiáng)、更有彈性材料的追求促使代爾夫特大學(xué)的團(tuán)隊(duì)探索了a-SiC的潛力。這種材料的屈服強(qiáng)度（yield strength）比凱夫拉（Kevlar）高十倍，不僅僅是高強(qiáng)度物質(zhì)清單上的另一個(gè)條目，而且是可以與石墨烯和鉆石韌性相媲美的開(kāi)拓者。屈服強(qiáng)度是工程中的關(guān)鍵屬性，用于測(cè)量材料開(kāi)始永久變形之前可以承受的應(yīng)力。在這里，a-SiC具有非凡的10千兆帕斯卡（GPa）評(píng)級(jí)，這意味著它有能力在屈服于變形之前承受巨大的壓力。
非晶與晶狀
“非晶/無(wú)定形（amorphous）”一詞可能會(huì)讓人聯(lián)想到脆弱的圖像，但在a-SiC的背景下，它意味著一個(gè)隨機(jī)但強(qiáng)大的原子排列。這與鉆石等晶體材料中看到的有序圖案形成鮮明對(duì)比。盡管有這種明顯的障礙，但a-SiC表現(xiàn)出非凡的復(fù)原力。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Richard Norte助理教授將其抗拉強(qiáng)度比作將一塊管道膠帶拉伸到在斷裂前可以承受十輛中型汽車的挑戰(zhàn)。這種類比強(qiáng)調(diào)了該材料承受拉伸應(yīng)力的特殊能力。
多功能應(yīng)用
a-SiC的潛在應(yīng)用廣泛而多樣。其非凡的強(qiáng)度，加上卓越的機(jī)械品質(zhì)，使其成為創(chuàng)建高度敏感的微芯片傳感器的理想候選者，能夠以前所未有的精度運(yùn)行。其潛在應(yīng)用還延伸到納米機(jī)械傳感器，在那里可以利用高屈服強(qiáng)度在高壓力環(huán)境中實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)健、更可靠的讀數(shù)。
在太陽(yáng)能電池技術(shù)中，a-SiC的穩(wěn)定性和耐用性承諾了更具彈性的能源收獲能力。對(duì)于苛刻的空間探索條件，該材料的韌性和耐熱性提供了顯著的優(yōu)勢(shì)。在醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，DNA測(cè)序等應(yīng)用也可以從基于aSiC的設(shè)備的精度和穩(wěn)定性中受益。
與凱夫拉的比較優(yōu)勢(shì)
當(dāng)與傳統(tǒng)的高強(qiáng)度應(yīng)用首選凱夫拉相比時(shí)，a-SiC具有幾個(gè)令人信服的優(yōu)勢(shì)。其卓越的屈服強(qiáng)度為超過(guò)了凱夫拉，為更多應(yīng)用打開(kāi)了大門。在高溫令人擔(dān)憂的環(huán)境中，a-SiC的熱穩(wěn)定性可以使其成為首選材料。此外， a-SiC生產(chǎn)制造的可擴(kuò)展性和潛在成本效益可能會(huì)降低行業(yè)壁壘，因?yàn)橐郧鞍l(fā)現(xiàn)石墨烯和鉆石等材料的成本令人望而卻步。
挑戰(zhàn)
盡管有其優(yōu)勢(shì)，但與任何材料一樣，a-SiC也有其一系列挑戰(zhàn)。與凱夫拉相比，其靈活性尚未完全理解，這可能會(huì)影響需要材料兼容性的應(yīng)用。對(duì)于凱夫拉擅長(zhǎng)的防彈衣等應(yīng)用至關(guān)重要的沖擊吸收能力，a-SiC是否能夠更好的應(yīng)對(duì)還需要測(cè)試。
此外，雖然a-SiC的制造工藝很有希望，但與凱夫拉成熟的工藝相比，還需要大量工程工作。非晶材料在各種加載條件下的行為不如晶體材料有據(jù)可查，必須彌合這一知識(shí)差距，以充分利用a-SiC的能力。
寫在最后
a-SiC從代爾夫特理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用的旅程可能仍有障礙需要克服。然而，這條道路現(xiàn)在被一種提供前所未有的力量和多功能性材料的承諾所照亮。隨著研究的進(jìn)展，人們?cè)絹?lái)越期待未來(lái)a-SiC將像今天凱夫拉一樣成為力量和韌性的代名詞。
來(lái)源：高智創(chuàng)新
