El carburo de silicio se utiliza como excelente material abrasivo desde hace m\u00e1s de 100 a\u00f1os, con propiedades de resistencia a la corrosi\u00f3n y tolerancia a altas temperaturas.<\/p>\n
El SiC monocristalino puro tiene una conductividad t\u00e9rmica media a temperatura ambiente de 490 W m-1 K-1; sin embargo, el 3C-SiC policristalino presenta conductividades t\u00e9rmicas significativamente inferiores debido a los aditivos de sinterizaci\u00f3n y a los defectos de red que reducen su conductividad t\u00e9rmica en un orden de magnitud.<\/p>\n
El dep\u00f3sito qu\u00edmico en fase vapor (CVD) es uno de los procesos clave en la creaci\u00f3n de circuitos de silicio integrados a muy gran escala (VLSI) y dispositivos microelectr\u00f3nicos en general. El CVD consiste en hacer pasar vapores reactivos a trav\u00e9s de gases inertes diluidos hacia un sustrato con el fin de inducir reacciones qu\u00edmicas que depositen pel\u00edculas de recubrimiento sobre su superficie, creando materiales que van desde aislantes y diel\u00e9ctricos, metales elementales, semiconductores y carburos, entre muchos otros.<\/p>\n
Los estudios han determinado que el carburo de silicio CVD presenta una conductividad t\u00e9rmica significativamente mayor que el Si policristalino. Esta diferencia puede atribuirse a sus granos m\u00e1s peque\u00f1os, que reducen la dispersi\u00f3n de fonones por los l\u00edmites de grano, lo que hace que la conductividad t\u00e9rmica del carburo de silicio CVD sea mayor en general.<\/p>\n
El carburo de silicio CVD tambi\u00e9n puede contener \u00e1tomos m\u00e1s peque\u00f1os que el Si policristalino, lo que puede reducir su volumen total y, por tanto, la dispersi\u00f3n de los fonones de longitud de onda larga. Adem\u00e1s, debido a este menor volumen, los \u00e1tomos esf\u00e9ricos no se empaquetan tan apretados, lo que permite una mayor \u00e1rea de secci\u00f3n transversal para los fonones, con el consiguiente aumento de la conductividad t\u00e9rmica.<\/p>\n
La conductividad t\u00e9rmica del carburo de silicio CVD depende del proceso utilizado. El CVD a baja presi\u00f3n (LPCVD), empleado habitualmente para aplicaciones de alta pureza, emplea una mezcla de precursores de Si y C en una atm\u00f3sfera de gas inerte para producir 3C-SiC homoepitaxial con buenas propiedades el\u00e9ctricas y mec\u00e1nicas y resistencia a la temperatura.<\/p>\n
HDPECVD (High Density Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) es otro tipo de CVD que utiliza una fuente de energ\u00eda externa para dividir los reactivos en fragmentos, lo que conduce a densidades de plasma m\u00e1s altas y reacciones m\u00e1s r\u00e1pidas. Esta t\u00e9cnica tambi\u00e9n puede utilizarse para producir diversos tipos de 3C-SiC y 6H-SiC que ofrecen propiedades distintas adecuadas para diversas aplicaciones.<\/p>\n
El CVD se distingue de otros m\u00e9todos de deposici\u00f3n por su capacidad para revestir componentes de formas y superficies complejas con una consistencia uniforme, lo que lo hace ideal para aplicaciones relacionadas con sistemas de flujo de fluidos o dispositivos electr\u00f3nicos avanzados que exigen una aplicaci\u00f3n uniforme.<\/p>\n
Mediante el proceso de sinterizaci\u00f3n, casi cualquier material met\u00e1lico o cer\u00e1mico puede transformarse en un valioso producto acabado. La sinterizaci\u00f3n consiste en convertir el material en polvo a granel en un s\u00f3lido denso mediante la transformaci\u00f3n t\u00e9rmica y la difusi\u00f3n en estado s\u00f3lido a lo largo de diversas interfaces, as\u00ed como a trav\u00e9s de cualquier hueco o defecto extendido presente en su microestructura antes de la sinterizaci\u00f3n; su microestructura tambi\u00e9n debe controlarse antes de este paso para obtener resultados uniformes en su producto acabado.<\/p>\n
Para crear piezas verdes, primero hay que comprimir el polvo en la forma deseada antes de calentarlo en determinadas condiciones para densificar y fusionar sus part\u00edculas. Sin embargo, antes de este paso, pueden a\u00f1adirse agentes aglutinantes como cera o pol\u00edmero antes de la sinterizaci\u00f3n para ayudar a crear piezas verdes adecuadas para diversos usos.<\/p>\n
La sinterizaci\u00f3n consiste en calentar el material a altas temperaturas para conseguir propiedades espec\u00edficas, normalmente utilizando un horno con temperaturas ajustables que pueden sintonizarse para lograr el resultado deseado. El sinterizado crea materiales duros y resistentes al desgaste con una conductividad t\u00e9rmica muy alta, as\u00ed como formas o piezas complejas que de otro modo ser\u00edan dif\u00edciles de fabricar por otros medios.<\/p>\n
Los procesos de sinterizaci\u00f3n pueden realizarse sin presi\u00f3n externa, pero suelen producir materiales menos densos con una mayor distribuci\u00f3n del tama\u00f1o de las part\u00edculas. Una forma de superar este problema es mediante la sinterizaci\u00f3n en fase l\u00edquida, que emplea la capilaridad para introducir l\u00edquido en los poros abiertos del material con el fin de reordenar los granos y mejorar la densidad de empaquetamiento.<\/p>\n
La sinterizaci\u00f3n en fase l\u00edquida se emplea habitualmente en la fabricaci\u00f3n de cer\u00e1mica; sin embargo, tambi\u00e9n puede utilizarse en la producci\u00f3n de materiales o compuestos cer\u00e1micos de matriz met\u00e1lica. Existen numerosas t\u00e9cnicas de sinterizaci\u00f3n en fase l\u00edquida para lograr el aplanamiento por contacto; un ejemplo es el uso de aditivos que se funden y fluyen en los poros abiertos para producir lo que se conoce como aplanamiento por contacto.<\/p>\n
Los procesos de sinterizaci\u00f3n del carburo de silicio son especialmente adecuados para este m\u00e9todo de sinterizaci\u00f3n debido a sus concentraciones relativamente bajas de impurezas de ox\u00edgeno y nitr\u00f3geno (que caen muy por debajo de los l\u00edmites de detecci\u00f3n para las mediciones SIMS en ambas caras de una muestra). Esta afirmaci\u00f3n est\u00e1 respaldada por pruebas como los patrones EBSD observados en la imagen de termorreflexi\u00f3n en el dominio del tiempo (TDTR) de la Figura 1e y la difracci\u00f3n de electrones de \u00e1rea seleccionada (SAED). Las mediciones Raman y el an\u00e1lisis STEM confirmaron la orientaci\u00f3n cristalogr\u00e1fica de la membrana de 3C-SiC, lo que nos permiti\u00f3 calcular un valor de conductividad t\u00e9rmica intr\u00ednseca mediante atomismo de simulaci\u00f3n utilizando funciones potenciales emp\u00edricas ampliamente utilizadas, como PT84, HG94 y LB10, todas ellas consideradas potenciales de tipo SW. Esto nos permiti\u00f3 calcular un valor de conductividad t\u00e9rmica intr\u00ednseca para esta muestra de SiC utilizando funciones de potencial emp\u00edricas PT84, HG94 y LB10. Esto nos permiti\u00f3 calcular un valor de conductividad t\u00e9rmica intr\u00ednseca que se puede encontrar utilizando simulaciones atom\u00edsticas que nos permitieron calcular un valor de conductividad t\u00e9rmica intr\u00ednseca utilizando simulaciones atom\u00edsticas que nos permitieron calcular un valor de conductividad t\u00e9rmica intr\u00ednseca a partir de estas simulaciones que nos permitieron calcular un valor de conductividad t\u00e9rmica intr\u00ednseca utilizando funciones potenciales emp\u00edricas como estas que luego podr\u00edan calcularse con potenciales tipo SW PT84\/HG94\/LB10 que proporcionaron una estimaci\u00f3n de su conductividad t\u00e9rmica.<\/p>\n
El carburo de silicio, o SiC, es un material cer\u00e1mico extremadamente duradero con una excepcional resistencia al calor y capacidad de retenci\u00f3n del calor. Este material mantiene su resistencia y dureza incluso a altas temperaturas, resistiendo la erosi\u00f3n de los productos qu\u00edmicos y los da\u00f1os por corrosi\u00f3n debidos a impactos o fricci\u00f3n. Debido a estas propiedades, el SiC es una opci\u00f3n excelente para aplicaciones en las que los impactos, la abrasi\u00f3n o los da\u00f1os por fricci\u00f3n son motivo de preocupaci\u00f3n.<\/p>\n
El SiC tambi\u00e9n es ligero en comparaci\u00f3n con los metales, lo que lo convierte en un material atractivo para aplicaciones en las que el peso desempe\u00f1a un papel fundamental. El SiC aglomerado por reacci\u00f3n (RB) puede fabricarse infiltrando carbono poroso o preformas de grafito con silicio l\u00edquido; este proceso produce componentes de forma casi neta con excelentes tolerancias dimensionales.<\/p>\n
El SiC RB es menos costoso que los m\u00e9todos CVD o sinterizado; sin embargo, su estructura de grano grueso y su menor densidad de sinterizaci\u00f3n restringen su resistencia y el rango de temperaturas de uso. La conformaci\u00f3n o el mecanizado requieren costosas herramientas de diamante, por lo que esta opci\u00f3n solo es adecuada para aplicaciones en las que una dureza reducida es aceptable, mientras que la estabilidad t\u00e9rmica o el aumento de la densidad verde son fundamentales.<\/p>\n
El SiC RB puede encontrarse en aplicaciones industriales como equipos de plantas qu\u00edmicas, mobiliario de hornos y cierres mec\u00e1nicos. Adem\u00e1s, se est\u00e1n utilizando componentes de este material en turbinas de gas y reactores nucleares, as\u00ed como en equipos de fabricaci\u00f3n de semiconductores, debido a su fiabilidad y resistencia a la temperatura.<\/p>\n
Para determinar la conductividad t\u00e9rmica del SiC RB, utilizamos c\u00e1lculos de aproximaci\u00f3n arm\u00f3nica (c\u00e1lculos de fonones), c\u00e1lculos de aproximaci\u00f3n cuasi arm\u00f3nica y modelos BTE. Adem\u00e1s, se llevan a cabo an\u00e1lisis de ondas de cizallamiento y simulaciones de din\u00e1mica molecular mediante algoritmos Gillespie-Shields, y sus resultados se comparan con los datos experimentales y los c\u00e1lculos ab initio con fines comparativos.<\/p>\n
El carburo de silicio aglomerado por reacci\u00f3n (RB SiC) es un material extremadamente duro con una extraordinaria relaci\u00f3n resistencia-peso, excelente resistencia al desgaste, bajo coeficiente de expansi\u00f3n t\u00e9rmica y altos valores de aislamiento el\u00e9ctrico, lo que lo hace \u00fatil en bombas, cierres mec\u00e1nicos, estranguladores de control de flujo y componentes de desgaste de mayor tama\u00f1o para la industria minera y otros campos. Como uno de los materiales cer\u00e1micos m\u00e1s duros, ofrece una excelente resistencia al impacto, la erosi\u00f3n, la abrasi\u00f3n y las altas temperaturas para componentes de desgaste de uso diario en bombas, cierres mec\u00e1nicos y estranguladores de control de flujo, entre otros muchos usos. El RB SiC se sit\u00faa entre sus hom\u00f3logos cer\u00e1micos, ya que sigue siendo duradero tambi\u00e9n frente a impactos.<\/p>\n
Los nanocables, como su nombre indica, son filamentos extremadamente finos producidos mediante diversos m\u00e9todos, entre ellos la s\u00edntesis en fase de disoluci\u00f3n con disolvente y reductor para crear grandes cantidades de nanocables que luego pueden utilizarse en semiconductores o sensores con diversos fines.<\/p>\n
La conductividad t\u00e9rmica de los nanocables de carburo de silicio depende en gran medida de su microestructura. Las microestructuras con mayor estequiometr\u00eda tienden a tener mayor conductividad t\u00e9rmica que las de menor estequiometr\u00eda, seg\u00fan los resultados de la investigaci\u00f3n; en uno de esos estudios, la estequiometr\u00eda de los nanocables de carburo de silicio (SiC) de tipo p aumentaba al disminuir el di\u00e1metro, mientras que en el caso de los nanocables de SiC de tipo n ocurr\u00eda lo contrario. Adem\u00e1s, las estructuras de la red cristalina tambi\u00e9n influyen enormemente en su conductividad t\u00e9rmica.<\/p>\n
Un m\u00e9todo para medir la conductividad t\u00e9rmica de los nanocables de carburo de silicio consiste en medir su densidad de corriente el\u00e9ctrica. Para ello se pueden utilizar diversas herramientas, como la microscop\u00eda electr\u00f3nica de barrido (SEM), la microscop\u00eda electr\u00f3nica de transmisi\u00f3n de barrido de alta resoluci\u00f3n o la espectroscopia de masas de iones secundarios; adem\u00e1s, estas t\u00e9cnicas tambi\u00e9n revelar\u00e1n informaci\u00f3n sobre su composici\u00f3n at\u00f3mica y sus propiedades.<\/p>\n
Otro m\u00e9todo para medir la conductividad t\u00e9rmica de los nanocables de carburo de silicio consiste en sus propiedades mec\u00e1nicas. El m\u00f3dulo de Young puede calcularse en funci\u00f3n de su tama\u00f1o; puedes encontrar este dato a trav\u00e9s de su curva de tensi\u00f3n-deformaci\u00f3n.<\/p>\n
La difracci\u00f3n de rayos X y la microscop\u00eda electr\u00f3nica de transmisi\u00f3n de barrido de alta resoluci\u00f3n son algunas de las numerosas t\u00e9cnicas disponibles para medir la conductividad t\u00e9rmica de los nanocables de carburo de silicio, mientras que las simulaciones a nivel at\u00f3mico tambi\u00e9n se han empleado como m\u00e9todos predictivos de esta propiedad.<\/p>\n
Los investigadores tambi\u00e9n han experimentado con nanocables para crear tecnolog\u00edas innovadoras. Por ejemplo, modificaron nanocables de carburo de silicio con apt\u00e1meros de \u00e1cido nucleico que reconocen el factor de crecimiento epid\u00e9rmico vascular. Esto permite a los nanocables actuar como biosensores y controlar el crecimiento tumoral en pacientes con c\u00e1ncer.<\/p>\n
Los nanocables tambi\u00e9n pueden utilizarse en superredes, que son estructuras con capas alternas de distintos materiales. La superposici\u00f3n de capas permite almacenar informaci\u00f3n gracias a las propiedades electr\u00f3nicas de los nanocables; estas propiedades pueden utilizarse despu\u00e9s para construir dispositivos fot\u00f3nicos complejos, como fotodiodos de pozo cu\u00e1ntico. Por \u00faltimo, las superredes tambi\u00e9n pueden grabarse para formar patrones que sirvan de plantillas para su posterior procesamiento.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
El carburo de silicio se ha utilizado como excelente material abrasivo durante m\u00e1s de 100 a\u00f1os, con propiedades de resistencia a la corrosi\u00f3n y tolerancia a altas temperaturas. El SiC monocristalino puro tiene una conductividad t\u00e9rmica media a temperatura ambiente de 490 W m-1 K-1; sin embargo, el 3C-SiC policristalino presenta conductividades t\u00e9rmicas significativamente inferiores debido a los aditivos de sinterizaci\u00f3n y a los defectos de red que reducen su conductividad t\u00e9rmica...<\/p>\n