Svært at strække silicium bliver superelastisk

Som et hårdt og sprødt materiale, silicium har praktisk talt ingen naturlig elasticitet. Men i en ny undersøgelse, forskere har vist, at amorft silicium kan dyrkes til superelastiske hesteskoformede nanotråde, der kan gennemgå strækning på mere end det dobbelte af deres oprindelige længde, og bevarer stadig deres fremragende elektriske egenskaber.

Resultaterne er spændende nyheder inden for området elastisk elektronik, da de antyder, at nanotrådfjedre af silicium kunne tjene som et strækbart halvledende materiale til fremtidig fleksibilitet, bøjelige elektroniske enheder. Indtil nu, næsten al den strækbare elektronik, der er påvist, er lavet af polymer og organiske halvledere, hvis halvledende egenskaber er ringere end silicium.

Forskerne, der er fra Nanjing University, Peking Universitet, og CNRS-Ecole Polytechnique, har udgivet et papir om deres nye metode til dyrkning af strækbare siliciumfjedre i en nylig udgave af Nano bogstaver .

I tidligere bestræbelser på at fremstille elastisk silicium, nogle af de bedste resultater er kommet fra at bruge elektronstråle litografi. I denne teknik, ultratyndt krystallinsk silicium er ætset i forskellige mønstre, såsom serpentinformer og fraktale mønstre, der giver den resulterende silicium -enhed strækbarhed. Imidlertid, elektronstråle litografi er dyrt og upraktisk til fremstilling af elektronik i store områder.

Som forskerne forklarer i det nye papir, en ideel og relativt billig metode til fremstilling af strækbare silicon -nanotråde vil ligne de krystaltrækningsmetoder, der bruges til at dyrke siliciumkrystalstænger fra smeltet silicium. I disse metoder, som er meget udbredt i siliciumindustrien, en frøkrystal dyppes i smeltet silicium og trækkes langsomt opad, tegner med det en lang krystallinsk siliciumstang.

Som forskerne forklarer, den nye metode ligner lidt en nanoskala, in-plane version af krystaltræk. Processen, kaldet line-shape engineering, involverer at lede smeltede indiumdråber til at bevæge sig langs et præ-mønstret spor, der er belagt med amorft silicium. Når dråben bevæger sig langs sporet, det optager amorft silicium og udfælder krystallinske silicium nanotråde.

I deres demonstrationer, forskerne voksede krystallinske silicium -nanotråde mere end en millimeter lange til mønstre såsom hesteskoformer og en Peano -kurve, som tidligere har vist sig at være et af de bedste fraktalmønstre for at opnå stor strækbarhed. I tidligere arbejde, forskerne havde demonstreret den guidede vækst af silicium nanotråde i lige linjer, men evnen til at dyrke dem i tæt buede mønstre som disse er afgørende for at opnå strækbarhed. Test viste, at fjedrene kan trækkes til mere end det dobbelte af deres oprindelige længde - næsten i en lige linje - samtidig med at de bevarer deres elektriske egenskaber og hurtigt genopretter deres oprindelige form, når de frigives.

I fremtiden, forskerne planlægger at undersøge teknikker til overførsel af silicium -nanospringene fra vækstsubstratet til en blødere overflade, der er mere praktisk til applikationer. Samlet set, de forventer, at den vækstmetode, der er vist her, repræsenterer et vigtigt skridt i retning af at udvikle højtydende, elastisk siliciumelektronik.

"I betragtning af fremtidige industrielle applikationer, fremstillingen kan være ekstremt billig og skalerbar, så størrelsen på et 1D -fjederarray kan være flere meter bred og rullbar i produktionen, "medforfatter Linwei Yu, ved Nanjing University og Peking University, fortalt Phys.org . "Vores vision er at definere en ny wafer -teknologi, imødekomme behovene ved storelektronik, der tilbyder batchfremstillelige, robust, og strækbare krystallinske siliciumkanaler for at indgyde god ydeevne i den nye bløde elektronik. Vores seneste fremskridt har vist et komplet fritstående netværk af sådanne siliciumfjedre. En øjeblikkelig applikation vil implementere dem på huden til sensorer, såvel som mekaniske anordninger, felteffekt-enheder, og NEMS. Forhåbentlig, disse nye resultater kommer snart. "

© 2018 Phys.org