Forskere gør fleksible, gennemsigtigt e-papir fra silicium

(Phys.org) —I det voksende område med fleksible, gennemsigtige elektroniske enheder, silicium har ikke spillet en stor rolle. I stedet, materialer såsom indiumtinoxid, kulstof nanorør, og andre bruges ofte til at lave bøjelig elektronik.

Nu i en ny undersøgelse, forskere har syntetiseret silicium nanotråde og vævet dem til et papir, der udkonkurrerer mange andre papirlignende materialer med hensyn til gennemsigtighed og fleksibilitet. Da nutidens integrerede kredsløbsteknologi er designet til silicium (i bulkform), silicium nanotråde ville være meget mere kompatible med disse eksisterende teknologier end andre materialer, en fordel, der potentielt kan forynge forskningen i siliciumbaseret fleksibel elektronik.

Forskerne, Chunlei Pang, Hao Cui, Guowei Yang, og Chengxin Wang, ved Sun Yat-sen (Zhongshan) University i Guangzhou, Kina, har offentliggjort deres undersøgelse om det fleksible, gennemsigtig, og selvstændigt silicium nanotrådspapir (FTS-SiNWsP) i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

"Vi opnåede syntesen af ​​fleksibelt gennemsigtigt og fritstående silicium nanotrådpapir, som kan være en ny del af den moderne halvlederindustri, " fortalte Wang Phys.org . "Siliciumpapiret viser mere overlegenhed end andre uorganiske halvledermaterialer på grund af fordelen ved at være kompatibel med nutidens integrerede kredsløbsteknologi til bulk silicium, og kan forventes at imødekomme nye teknologiske krav, såsom komponenter af gennemsigtige elektriske batterier, roll-up skærme, bærbare enheder, og så videre."

Som forskerne forklarer, bulk silicium er skørt ved stuetemperatur og bliver kun duktilt tæt på sin smeltetemperatur på omkring 1400 °C. I modsætning, silicium i nanoskala besidder en meget stor strækevne, der muliggør fleksibilitet ved stuetemperatur. Imidlertid, vævning af silicium nanotråde i et papirlignende materiale har været udfordrende, fordi det kræver at opnå en unik sammenlåsende justering ved hjælp af kontrolleret, katalysatorfrie vækstmetoder.

Her, forskerne udviklede en enkel metode til at syntetisere nanotråde af silicium og samle dem til den ønskede sammenlåsning ved hjælp af en lodret højfrekvent induktionsovn. SiO -pulver og Ar -gas (tjener som en bærergas) blæses ind i ovnen, hvor de hurtigt opvarmes til ca. 1600 ° C og opbevares der i 1 time. Varmen får SiO -pulveret til at nedbrydes til SiO ₂ damp og Si partikler, som begge transporteres af Ar-gassen til en lavtemperaturzone, hvor de stratificeres under tyngdekraftsaktion på grund af deres forskellige molekylvægte.

Som mere SiO ₂ og Si transporteres til deres lokationer, de kerne og vokse. Mens SiO ₂ aflejringer danner en pulverprøve, Si-partiklerne danner nanotråde med diametre på omkring 10 nm, der vokser i retning af gasstrømmen. Efterhånden som Si nanotrådene vokser, de hænger spontant sammen med hinanden for at danne et fritstående membranmateriale. Scanningselektronmikroskopbilleder viser en meget porøs, vævet struktur, hvis porer potentielt kan fyldes med andre funktionelle materialer til nye anvendelser. Test viste også, at FTS-SiNWsP-materialet havde meget god optisk transmittans og kunne bøje gentagne gange uden at revne.

For at demonstrere, hvordan disse vævede silicium nanotråde kan bruges til at skabe højtydende batterielektroder, forskerne voksede grafen på ydersiden af ​​silicium-nanotråde i et kerneskalledesign. Grafen fyldte også hullerne i det vævede silicium nanotrådsmateriale, fuldstændig omslutter materialet. Efter fremstilling af møntcelle-Li-ion-batterier med en FTS-SiNWsP@graphene-film som anode og Li som katode, forskerne viste, at disse batterier har meget god ydeevne, yder tæt på deres teoretiske kapacitet og opretholder en kapacitet på mere end 1000 mAh/g efter 100 cyklusser.

FTS-SiNWsP-materialet har potentiale til mange applikationer ud over batterielektroder, såsom fleksible solceller, bærbare computere, papirskærme, og superkondensatorer. I fremtiden, forskerne planlægger at bygge videre på denne syntesemetode til at udvikle silicon -nanotrådspapirmaterialer for at imødekomme disse nye teknologiske krav.

"Næste, vi planlægger at udføre anvendelsesforskning af siliciumpapirmaterialet i solceller, "Sagde Wang.

© 2013 Phys.org. Alle rettigheder forbeholdes.