(Phys.org) — In het groeiende gebied van flexibele, transparante elektronische apparaten, silicium heeft niet veel van een rol gespeeld. In plaats daarvan, materialen zoals indiumtinoxide, koolstof nanobuisjes, en andere worden vaak gebruikt om buigbare elektronica te maken.

Nu in een nieuwe studie, onderzoekers hebben silicium nanodraden gesynthetiseerd en geweven tot een papier dat beter presteert dan veel andere papierachtige materialen in termen van transparantie en flexibiliteit. Aangezien de huidige technologie voor geïntegreerde schakelingen is ontworpen voor silicium (in bulkvorm), silicium nanodraden zouden veel beter compatibel zijn met deze bestaande technologieën dan andere materialen, een voordeel dat mogelijk het onderzoek naar op silicium gebaseerde flexibele elektronica zou kunnen verjongen.

De onderzoekers, Chunlei Pang, Hoi Cui, Guowei Yang, en Chengxin Wang, aan de Sun Yat-sen (Zhongshan) Universiteit in Guangzhou, China, hebben hun studie gepubliceerd over de flexibele, transparant, en op zichzelf staand silicium nanodraadpapier (FTS-SiNWsP) in een recent nummer van Nano-letters .

"We hebben de synthese bereikt van flexibel transparant en vrijstaand silicium nanodraadpapier, wat een nieuw onderdeel kan zijn van de moderne halfgeleiderindustrie, " vertelde Wang" Phys.org . "Het siliciumpapier vertoont meer superioriteit dan andere anorganische halfgeleidermaterialen vanwege het voordeel dat het compatibel is met de huidige technologie voor geïntegreerde schakelingen voor bulksilicium, en kan worden verwacht om te voldoen aan opkomende technologische eisen zoals componenten van transparante elektrische batterijen, oprolbare displays, draagbare apparaten, enzovoort."

Zoals de onderzoekers uitleggen, bulksilicium is bros bij kamertemperatuur en wordt pas taai in de buurt van zijn smelttemperatuur van ongeveer 1400 ° C. In tegenstelling tot, silicium op nanoschaal heeft een zeer groot rekvermogen dat flexibiliteit bij kamertemperatuur mogelijk maakt. Echter, het weven van silicium nanodraden tot een papierachtig materiaal was een uitdaging omdat het een unieke in elkaar grijpende uitlijning vereist met behulp van gecontroleerde, katalysatorvrije groeimethoden.

Hier, de onderzoekers ontwikkelden een eenvoudige methode om silicium nanodraden te synthetiseren en ze samen te voegen tot de gewenste in elkaar grijpende uitlijning met behulp van een verticale hoogfrequente inductieoven. SiO-poeder en Ar-gas (dienend als draaggas) worden in de oven geblazen waar ze snel worden verwarmd tot ongeveer 1600 °C en daar gedurende 1 uur worden bewaard. De hitte zorgt ervoor dat het SiO-poeder ontleedt tot SiO ₂ damp en Si-deeltjes, beide worden door het Ar-gas naar een lage-temperatuurzone getransporteerd waar ze vanwege hun verschillende molecuulgewichten onder invloed van de zwaartekracht stratificeren.

Als meer SiO ₂ en Si worden getransporteerd naar hun locaties, ze kiemen en groeien. Terwijl de SiO ₂ afzettingen vormen een poedermonster, de Si-deeltjes vormen nanodraden met een diameter van ongeveer 10 nm die in de richting van de gasstroom groeien. Naarmate de Si-nanodraden groeien, ze grijpen spontaan in elkaar om een ​​vrijstaand membraanmateriaal te vormen. Scanning-elektronenmicroscoopbeelden tonen een zeer poreuze, geweven structuur, waarvan de poriën potentieel kunnen worden gevuld met andere functionele materialen voor nieuwe toepassingen. Tests toonden ook aan dat het FTS-SiNWsP-materiaal een zeer goede optische transmissie had en herhaaldelijk kon buigen zonder te barsten.

Om te demonstreren hoe deze geweven silicium nanodraden kunnen worden gebruikt om hoogwaardige batterij-elektroden te maken, de onderzoekers kweekten grafeen aan de buitenkant van de silicium nanodraden in een kern-schaal-ontwerp. Het grafeen vulde ook de gaten van het geweven silicium nanodraadmateriaal, het materiaal volledig omhullen. Na het fabriceren van knoopcel Li-ion batterijen met behulp van een FTS-SiNWsP@graphene film als anode en Li als kathode, de onderzoekers toonden aan dat deze batterijen zeer goede prestaties leveren, dicht bij hun theoretische capaciteit presteren en na 100 cycli een capaciteit van meer dan 1000 mAh/g behouden.

Het FTS-SiNWsP-materiaal heeft het potentieel voor vele toepassingen naast batterij-elektroden, zoals flexibele zonnecellen, draagbare computers, papieren displays, en supercondensatoren. In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om voort te bouwen op deze synthesemethode om silicium nanodraadpapiermaterialen te ontwikkelen om aan deze opkomende technologische eisen te voldoen.

"Volgende, we zijn van plan om het toepassingsonderzoek van het siliciumpapiermateriaal in zonnecellen uit te voeren, ' zei Wang.

© 2013 Fysio.org. Alle rechten voorbehouden.