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Derretimiento al revés
Imagínese un día invernal con hielo acristalado en cada acera y rama de árbol a la vista. Luego, la temperatura cae en picado y el hielo comienza a derretirse. El hielo, por supuesto, nunca se comporta de esta manera. Pero algunos materiales realmente cambian de sólidos a líquidos a medida que se enfrían, un fenómeno conocido como fusión retrógrada. Un equipo del MIT ha observado este proceso extraño y aparentemente hacia atrás en uno de los materiales más comunes y útiles que nos rodean: el silicio, el elemento que se utiliza para fabricar la mayoría de las células solares y los chips de computadora.
Un tipo diferente de derretimiento Un diminuto chip de silicio (el cuadrado naranja brillante en el centro de este dispositivo de calentamiento especial), habiendo sido sobresaturado con contaminantes metálicos, se somete a un proceso de fusión retrógrado después de ser calentado y luego enfriado muy lentamente.
El silicio normalmente se funde a 1414 ° C. Pero los investigadores encontraron que una oblea de silicio contaminada con pequeñas cantidades de cobre, níquel y hierro formaba una mezcla fangosa de material sólido y líquido a medida que se enfriaba por debajo de los 900 ° C. A estas temperaturas, es posible observar el comportamiento del silicio durante la fusión, utilizando una microsonda de fluorescencia de rayos X especializada. El descubrimiento tiene algunas implicaciones potencialmente prácticas y puede conducir a nuevos métodos útiles para purificar el material.
El hallazgo fue descrito en un artículo publicado este año en Materiales avanzados por Tonio Buonassisi, profesor asistente de ingeniería mecánica y fabricación, junto con Steve Hudelson, SM '09, y la becaria postdoctoral Bonna Newman, PhD '08.
Primero difundieron cobre, níquel y hierro en silicio puro y calentaron la mezcla a 1.140 ° C, muy por debajo del punto de fusión del silicio pero lo suficientemente caliente como para producir una solución de los metales en el silicio. El enfriamiento rápido de la mezcla dejó el silicio sobresaturado, es decir, contenía más metal disuelto de lo que sería posible normalmente, al igual que el refresco en una botella contiene más dióxido de carbono del que el líquido retendría a la presión normal fuera de la botella. Pero cuando los investigadores recalentaron el material y dejaron que se enfriara más lentamente, se formaron gotas líquidas de metal y silicio en medio del material sólido. Llegas a un punto en el que induces la precipitación y no tiene más remedio que precipitar en una fase líquida, dice Buonassisi.
Los investigadores encontraron que las impurezas, en este caso, el cobre, el níquel y el hierro agregados, que son las principales impurezas que normalmente se encuentran en el silicio, tendían a migrar al líquido. La explotación de este fenómeno podría permitir el uso de grados de silicio más baratos para dispositivos como las células solares, ya que el material podría purificarse durante el proceso de fabricación. Si puede crear pequeñas gotas de líquido dentro de un bloque de silicio, dice Buonassisi, sirven como pequeñas aspiradoras para aspirar las impurezas. Las gotitas luego solidifican, reteniendo las impurezas concentradas y dejando el resto del material más puro.