研究人员开发无定形碳化硅, 屈服强度10倍于凯夫拉

在一个以纳米和千兆帕斯卡衡量技术进步的时代，荷兰代尔夫特理工大学的研究人员的最新研究标志着一个重要的里程碑:一种名为非晶碳化硅（ amorphous silicon carbide, a-SiC）的新材料的重新定义了极限材料科学的强度和耐用性。这一突破有望扩大工程应用的范围，远远超出当前材料所能提供的范围。

发现和属性

对更强、更有弹性材料的追求促使代尔夫特大学的团队探索了a-SiC的潜力。这种材料的屈服强度（yield strength）比凯夫拉（Kevlar）高十倍，不仅仅是高强度物质清单上的另一个条目，而且是可以与石墨烯和钻石韧性相媲美的开拓者。屈服强度是工程中的关键属性，用于测量材料开始永久变形之前可以承受的应力。在这里，a-SiC具有非凡的10千兆帕斯卡（GPa）评级，这意味着它有能力在屈服于变形之前承受巨大的压力。

非晶与晶状

“非晶/无定形（amorphous）”一词可能会让人联想到脆弱的图像，但在a-SiC的背景下，它意味着一个随机但强大的原子排列。这与钻石等晶体材料中看到的有序图案形成鲜明对比。尽管有这种明显的障碍，但a-SiC表现出非凡的复原力。领导这项研究的Richard Norte助理教授将其抗拉强度比作将一块管道胶带拉伸到在断裂前可以承受十辆中型汽车的挑战。这种类比强调了该材料承受拉伸应力的特殊能力。

多功能应用

a-SiC的潜在应用广泛而多样。其非凡的强度，加上卓越的机械品质，使其成为创建高度敏感的微芯片传感器的理想候选者，能够以前所未有的精度运行。其潜在应用还延伸到纳米机械传感器，在那里可以利用高屈服强度在高压力环境中实现更稳健、更可靠的读数。

在太阳能电池技术中，a-SiC的稳定性和耐用性承诺了更具弹性的能源收获能力。对于苛刻的空间探索条件，该材料的韧性和耐热性提供了显著的优势。在医疗技术领域，DNA测序等应用也可以从基于aSiC的设备的精度和稳定性中受益。

与凯夫拉的比较优势

当与传统的高强度应用首选凯夫拉相比时，a-SiC具有几个令人信服的优势。其卓越的屈服强度为超过了凯夫拉，为更多应用打开了大门。在高温令人担忧的环境中，a-SiC的热稳定性可以使其成为首选材料。此外， a-SiC生产制造的可扩展性和潜在成本效益可能会降低行业壁垒，因为以前发现石墨烯和钻石等材料的成本令人望而却步。

挑战

尽管有其优势，但与任何材料一样，a-SiC也有其一系列挑战。与凯夫拉相比，其灵活性尚未完全理解，这可能会影响需要材料兼容性的应用。对于凯夫拉擅长的防弹衣等应用至关重要的冲击吸收能力，a-SiC是否能够更好的应对还需要测试。

此外，虽然a-SiC的制造工艺很有希望，但与凯夫拉成熟的工艺相比，还需要大量工程工作。非晶材料在各种加载条件下的行为不如晶体材料有据可查，必须弥合这一知识差距，以充分利用a-SiC的能力。

a-SiC从代尔夫特理工大学实验室到现实世界应用的旅程可能仍有障碍需要克服。然而，这条道路现在被一种提供前所未有的力量和多功能性材料的承诺所照亮。随着研究的进展，人们越来越期待未来a-SiC将像今天凯夫拉一样成为力量和韧性的代名词。