Leobener Werkstoffwissenschafter*innen entwickeln eine neue Strategie, mit der spröde Materialien widerstandsfähiger gegen Bruch werden. Der Trick: je kleiner – desto besser!
Silizium – hohe Funktionalität mit niedriger Schadenstoleranz
Sehr harte Werkstoffe tendieren dazu, sehr leicht zu zerbrechen, – lehrt uns die Erfahrung. Dies gilt neben vielen anderen Materialien, auch für Silizium, der Basis, auf der jede mikroelektronische Komponente aufgebaut ist. Chips aus Silizium stecken in jedem Mobiltelefon, in Steuerelementen von Autos und anderen elektronischen Geräten. Während die funktionellen Eigenschaften Silizium unverzichtbar machen, limitiert die niedrige Schadenstoleranz die Zuverlässlichkeit und Sicherheit im täglichen Gebrauch.
Kleinheit als Vorteil
Eine Steigerung der Bruchzähigkeit für spröde Werkstoffe kann durch entsprechende Miniaturisierung erreicht werden. Diese Entdeckung gelang einem Team von Werkstoffwissenschaftler*innen des Lehrstuhls für Materialphysik am Department Werkstoffwissenschaften der Montanuniversität Leoben, des Erich Schmid Institutes für Werkstoffforschung der Österreichischen Adakemie der Wissenschaften und des Materials Centers Leoben.
Fortschreitende Miniaturisierung wirkt versagensresistent
Mithilfe von hochaufgelösten Nanoskalien-in-situ-Experimenten in Verbindung mit digitalen Zwillingen konnte eine Steigerung der Bruchzähigkeit von über 300 Prozent demonstriert werden. „Das sind extrem erfreuliche Nachrichten für mikro- und nanoelektronische Anwendungen, bei denen durch die fortschreitende Miniaturisierung Komponenten und Strukturen unaufhörlich schrumpfen. Unsere Erkenntnisse öffnen hier neue Wege, um die eingesetzten funktionellen Werkstoffe durch entsprechende Verkleinerung gleichzeitig versagensresistenter zu machen,“ erklärt Assoz.Prof. Dr. Daniel Kiener, Leiter der Forschungsgruppe.
Veröffentlichung
Diese zukunftsweisenden Ergebnisse wurden kürzlich in „Materials Today“, einem höchst angesehenen werkstoffwissenschaftlichen Journal, frei zugänglich veröffentlicht. Details zur Arbeit findet man unter: In-situ TEM investigation of toughening in Silicon at small scales
I. Issa et al, Materials Today
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2021.03.009
Weitere Infos:
Assoz.Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Daniel Kiener
Lehrstuhl für Materialphysik, Department Werkstoffwissenschaften, Montanuniversität Leoben
E-Mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Tel.: +43 3842 804 – 0
(GZ)
Quelle: Montanuniversität Leoben
Foto: (c) Ryan / unsplsh.com
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