Det blir kassert veldig mange tynne skiver av silisium når halvlederindustrien produserer de mikrobrikkene som styrer all den elektronikken som vi omgir oss med i hverdagen. For de tynne silisiumskivene oppfører seg som sprøtt og skrøpelig glass, og derfor går det mye materiale i søpla når de skal håndteres og limes sammen for å bli til funksjonelle mikrobrikker – de ganske enkelt knekker og sprekker.
Nå kan ny kunnskap fra en gruppe materialforskere fra danske Institut for Ingeniørvidenskab ved Aarhus Universitet og University of Pennsylvania redusere materialsvinnet ved å skjære spesielle geometriske mønstre ned i silisiumskiver og pleksiglass.
Lettere og mer robust
I en ny vitenskapelig artikkel som publiseres i tidsskriftet Journal of the Mechanics and Physics of Solids, viser de hvordan man kan endre et materials mekaniske egenskaper bare ved å skjære et geometrisk mønster ned i materialet, og helt uten å endre den kjemiske sammensetningen av materialet.
Dette innebærer at man på sikt kan gjøre materialet lettere og mer fleksibelt, samtidig med at det blir mer robust og bruddsikkert. Skjæreteknikken skaper et såkalt mekanisk metamateriale, hvor egenskapene til det originale materialet forandres utelukkende fordi den geometriske strukturen endres. Ved å justere på geometriske parametere kan man skreddersy egenskapene slik man ønsker.
Sprer belastningen utover
Materialet får altså egenskapene sine, og spesielle karakteristika fra den geometriske strukturen, og ikke utelukkende fra den kjemiske sammensetningen.
– Uten det geometriske mønsteret vårt oppfører materialet seg som glass, hvor belastning vil resultere i en sprekk som raskt vokser og ødelegger materialet. Det geometriske mønsteret vårt betyr at belastningen spres over et større område, noe som resulterer i at en sprekk vokser kontrollert og langsommere. Dermed har vi kunnet øke den kritiske belastningen som materialet kan bære, samt toleransen mot sprekkvekst, sier postdoc Simon Heide-Jørgensen ved Institut for Ingeniørvidenskab ved Aarhus Universitet.
Fremtidens pillekamera: Gjengir tarmen i 3D og oppdager sykdom selv
Forbedrer metoden
Ideen med å skjære spesielle mønstre i glass oppstod da forskere fra University of Pensylvania undersøkte bruddstyrken i de silisiummaterialene som brukes til mikrobrikker, og hvordan den ble påvirket av snitt i materialet.
– I prosjektet har vi testet et pleksiglass-emne som i sin struktur minner om de silisiumskivene man bruker til mikrobrikker. Ved å skjære et spesielt snitt i materialet, blir pleksiglasset mer fleksibelt og mindre skrøpelig. Effekten oppstår fordi vi kan spre belastningen over et større område langs skjæresnittene, sier Simon Heide-Jørgensen.
Selv hvis det oppstår en sprekk i materialet, sprer sprekken seg heller ikke slik vi kjenner det fra glass. Materialforskerne i Aarhus går nå i gang med å undersøke hvordan de kan forbedre metoden med andre geometriske strukturer.
Denne artikkelen ble først publisert hos ingeniøren.dk.
Dette pulveret kan bli milliardindustri
