(Phys.org) —Inom det växande området flexibla, genomskinliga elektroniska enheter, kisel har inte spelat någon större roll. Istället, material såsom indiumtennoxid, kolnanorör, och andra används ofta för att göra böjbar elektronik.

Nu i en ny studie, forskare har syntetiserat nanotrådar av kisel och vävt dem till ett papper som överträffar många andra pappersliknande material när det gäller transparens och flexibilitet. Eftersom dagens integrerade kretsteknologi är designad för kisel (i bulkform), kisel nanotrådar skulle vara mycket mer kompatibla med dessa befintliga teknologier än andra material, en fördel som potentiellt skulle kunna föryngra forskningen om silikonbaserad flexibel elektronik.

Forskarna, Chunlei Pang, Hao Cui, Guowei Yang, och Chengxin Wang, vid Sun Yat-sen (Zhongshan) University i Guangzhou, Kina, har publicerat sin studie om det flexibla, transparent, och självständigt kisel nanotrådspapper (FTS-SiNWsP) i ett nyligen numret av Nanobokstäver .

"Vi uppnådde syntesen av flexibelt transparent och fristående kisel-nanotrådspapper, som kan vara en ny del av den moderna halvledarindustrin, " berättade Wang Phys.org . "Kiselpapperet visar mer överlägsenhet än andra oorganiska halvledarmaterial på grund av fördelen av att vara kompatibelt med dagens integrerade kretsteknologi för bulkkisel, och kan förväntas möta nya tekniska krav som komponenter i transparenta elektriska batterier, roll-up displayer, bärbara enheter, och så vidare."

Som forskarna förklarar, bulkkisel är sprött vid rumstemperatur och blir bara seg nära sin smälttemperatur på cirka 1400 °C. I kontrast, kisel i nanoskala har en mycket stor töjningsförmåga som möjliggör flexibilitet vid rumstemperatur. Dock, att väva nanotrådar av kisel till ett pappersliknande material har varit utmanande eftersom det kräver att man uppnår en unik sammankopplande inriktning med kontrollerade, katalysatorfria tillväxtmetoder.

Här, forskarna utvecklade en enkel metod för att syntetisera nanotrådar av kisel och sätta ihop dem till den önskade sammankopplande riktningen med hjälp av en vertikal högfrekvent induktionsugn. SiO-pulver och Ar-gas (som fungerar som bärgas) blåses in i ugnen där de snabbt värms upp till cirka 1600 °C och hålls där i 1 timme. Värmen gör att SiO-pulvret sönderdelas till SiO ₂ ånga och Si -partiklar, som båda transporteras av Ar-gasen till en lågtemperaturzon där de skiktar sig under gravitationspåverkan på grund av deras olika molekylvikter.

Som mer SiO ₂ och Si transporteras till sina platser, de kärnbildar och växer. Medan SiO ₂ avlagringar bildar ett pulverprov, Si-partiklarna bildar nanotrådar med diametrar på cirka 10 nm som växer i gasflödets riktning. När Si nanotrådarna växer, de låser sig spontant med varandra för att bilda ett fristående membranmaterial. Svepelektronmikroskopbilder visar en mycket porös, vävd struktur, vars porer potentiellt kan fyllas med andra funktionella material för nya tillämpningar. Tester visade också att FTS-SiNWsP-materialet hade mycket bra optisk transmittans och kunde böjas upprepade gånger utan att spricka.

För att visa hur dessa vävda nanotrådar av kisel kan användas för att skapa högpresterande batterielektroder, forskarna odlade grafen på utsidan av kiselnanotrådarna i en kärna-skaldesign. Grafenen fyllde också luckorna i det vävda kisel -nanotrådsmaterialet, helt omsluter materialet. Efter att ha tillverkat knappcells-Li-ion-batterier med en FTS-SiNWsP@graphene-film som anod och Li som katod, forskarna visade att dessa batterier har mycket bra prestanda, utför nära sin teoretiska kapacitet och bibehåller en kapacitet på mer än 1000 mAh/g efter 100 cykler.

FTS-SiNWsP-materialet har potential för många applikationer förutom batterielektroder, som flexibla solceller, bärbara datorer, papper visar, och superkondensatorer. I framtiden, forskarna planerar att bygga vidare på denna syntesmetod för att utveckla nanotrådspappersmaterial av kisel för att möta dessa framväxande tekniska krav.

"Nästa, vi planerar att genomföra applikationsforskningen av kiselpappersmaterialet i solceller, " sa Wang.

© 2013 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.