Als een hard en bros materiaal, silicium heeft praktisch geen natuurlijke elasticiteit. Maar in een nieuwe studie onderzoekers hebben aangetoond dat amorf silicium kan worden gekweekt tot superelastische hoefijzervormige nanodraden die meer dan twee keer hun oorspronkelijke lengte kunnen uitrekken, en toch hun uitstekende elektrische eigenschappen behouden.

De resultaten zijn opwindend nieuws op het gebied van rekbare elektronica, omdat ze suggereren dat silicium nanodraadveren zouden kunnen dienen als een rekbaar halfgeleidend materiaal voor toekomstige flexibele, buigbare elektronische apparaten. Tot dusver, bijna alle rekbare elektronica die is aangetoond, is gemaakt van polymeer en organische halfgeleiders, waarvan de halfgeleidende eigenschappen inferieur zijn aan die van silicium.

De onderzoekers, die van de Nanjing University zijn, Peking Universiteit, en CNRS-Ecole Polytechnique, hebben een artikel gepubliceerd over hun nieuwe methode voor het kweken van rekbare siliconenveren in een recent nummer van: Nano-letters .

Bij eerdere pogingen om rekbaar silicium te maken, enkele van de beste resultaten zijn afkomstig van het gebruik van elektronenstraallithografie. Bij deze techniek, ultradun kristallijn silicium wordt geëtst in verschillende patronen, zoals kronkelige vormen en fractale patronen, die het resulterende siliciumapparaat rekbaarheid geven. Echter, elektronenbundellithografie is duur en onpraktisch voor het vervaardigen van elektronica met een groot oppervlak.

Zoals de onderzoekers in het nieuwe artikel uitleggen, een ideale en relatief goedkope methode voor het maken van rekbare siliciumnanodraden zou vergelijkbaar zijn met de kristaltrekmethoden die worden gebruikt om siliciumkristalblokken te laten groeien uit gesmolten silicium. Bij deze methoden die veel worden gebruikt in de siliciumindustrie, een entkristal wordt in gesmolten silicium gedompeld en langzaam omhoog getrokken, tekenen met het een lange kristallijne siliciumstaaf.

Zoals de onderzoekers uitleggen, de nieuwe methode lijkt een beetje op nanoschaal, in-plane versie van kristal trekken. Het proces, line-shape engineering genoemd, omvat het geleiden van gesmolten indiumdruppels om langs een vooraf gevormd spoor te bewegen dat is gecoat met amorf silicium. Terwijl de druppel langs het spoor beweegt, het neemt amorf silicium op en precipiteert kristallijn silicium nanodraden.

In hun demonstraties de onderzoekers groeiden kristallijn silicium nanodraden van meer dan een millimeter lang tot patronen zoals hoefijzervormen en een Peano-curve, waarvan eerder is aangetoond dat het een van de beste fractale patronen is voor het bereiken van grote rekbaarheid. In eerder werk, de onderzoekers hadden de geleide groei van silicium nanodraden in rechte lijnen aangetoond, maar het vermogen om ze in strak gebogen patronen zoals deze te laten groeien, is essentieel voor het bereiken van rekbaarheid. Tests hebben uitgewezen dat de veren tot meer dan twee keer hun oorspronkelijke lengte kunnen worden getrokken - bijna in een rechte lijn - terwijl ze hun elektrische eigenschappen behouden en snel hun oorspronkelijke vorm herstellen wanneer ze worden losgelaten.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om technieken te onderzoeken om de silicium nanosprings van het groeisubstraat over te brengen naar een zachter oppervlak dat praktischer is voor toepassingen. Algemeen, ze verwachten dat de hier getoonde groeimethode een belangrijke stap is in de richting van het ontwikkelen van high-performance, rekbare siliconen elektronica.

"Met het oog op toekomstige industriële toepassingen, de fabricage kan extreem goedkoop en schaalbaar zijn, zodat de grootte van een 1D-veermatrix enkele meters breed en oprolbaar kan zijn in productie, " co-auteur Linwei Yu, aan de Universiteit van Nanjing en de Universiteit van Peking, vertelde Phys.org . "Onze visie is om een ​​nieuwe wafertechnologie te definiëren, tegemoet te komen aan de behoeften van elektronica voor grote oppervlakken, die batch-maakbare, robuust, en rekbare kristallijne siliciumkanalen om goede prestaties in de opkomende zachte elektronica te brengen. Onze laatste vooruitgang heeft een volledig vrijstaand netwerk van dergelijke siliconenveren aangetoond. Een onmiddellijke toepassing zal ze op de huid inzetten voor sensoren, evenals mechanische apparaten, veldeffectapparaten, en NEM. Hopelijk, deze nieuwe resultaten zullen binnenkort verschijnen."

© 2018 Fys.org