Som ett hårt och sprött material, kisel har praktiskt taget ingen naturlig elasticitet. Men i en ny studie, forskare har visat att amorft kisel kan odlas till superelastiska hästskoformade nanotrådar som kan genomgå töjning av mer än dubbelt så stor ursprunglig längd, och behåller fortfarande sina utmärkta elektriska egenskaper.

Resultaten är spännande nyheter för området stretchbar elektronik, eftersom de föreslår att kisel -nanotrådfjädrar kan fungera som ett töjbart halvledande material för framtida flexibla, böjbara elektroniska enheter. Än så länge, nästan all den töjbara elektroniken som har visats har tillverkats av polymer och organiska halvledare, vars halvledande egenskaper är sämre än kisels egenskaper.

Forskarna, som är från Nanjing University, Peking University, och CNRS-Ecole Polytechnique, har publicerat ett papper om sin nya metod för odling av töjbara kiselfjädrar i ett nyligen utgåva av Nano bokstäver .

I tidigare ansträngningar att tillverka stretchbart kisel, några av de bästa resultaten har kommit från att använda elektronstråle litografi. I denna teknik, ultratunt kristallint kisel etsas in i olika mönster, såsom serpentinformer och fraktala mönster, som ger den resulterande kiselanordningen stretchbarhet. Dock, elektronstråle litografi är dyrt och opraktiskt för att tillverka elektronik i stort område.

Som forskarna förklarar i den nya artikeln, en idealisk och relativt billig metod för tillverkning av töjbara kisel -nanotrådar skulle likna kristalldragningsmetoderna som används för att odla kiselkristallgöt från smält kisel. I dessa metoder, som används mycket i kiselindustrin, en frökristall doppas i smält kisel och dras långsamt uppåt, drar med sig en lång kristallin kiselgöt.

Som forskarna förklarar, den nya metoden är ungefär som en nanoskala, i planet version av kristalldragning. Processen, kallad linjeformsteknik, innebär att man leder smält indiumdroppar för att röra sig längs ett förmönstrat spår som är belagt med amorft kisel. När droppen rör sig längs spåret, det tar in amorft kisel och fäller ut kristallina kisel -nanotrådar.

I deras demonstrationer, forskarna växte kristallina kisel nanotrådar mer än en millimeter långa till mönster som hästskor och en Peanokurva, som tidigare har visat sig vara ett av de bästa fraktalmönstren för att uppnå stor töjbarhet. I tidigare arbeten, forskarna hade demonstrerat den guidade tillväxten av kisel -nanotrådar i raka linjer, men förmågan att odla dem i tätt böjda mönster som dessa är avgörande för att uppnå stretchbarhet. Tester visade att fjädrarna kan dras till mer än dubbelt så mycket som deras ursprungliga längd - nästan i en rak linje - samtidigt som de bibehåller sina elektriska egenskaper och snabbt återställer sin ursprungliga form när de släpps.

I framtiden, forskarna planerar att undersöka tekniker för att överföra kisel -nanospringarna från tillväxtsubstratet till en mjukare yta som är mer praktisk för applikationer. Övergripande, de förväntar sig att tillväxtmetoden som visas här representerar ett viktigt steg mot att utveckla högpresterande, töjbar silikonelektronik.

"Med tanke på framtida industriella tillämpningar, tillverkningen kan vara extremt billig och skalbar, så att storleken på en 1D -fjäderuppsättning kan vara flera meter bred och rullbar i produktionen, "medförfattare Linwei Yu, vid Nanjing University och Peking University, berättade Phys.org . "Vår vision är att definiera en ny skivteknologi, tillgodoser behoven hos storelektronik, som erbjuder batchproducerbar, robust, och töjbara kristallina kiselkanaler för att ingjuta bra prestanda i den framväxande mjuka elektroniken. Våra senaste framsteg har visat ett komplett fristående nätverk av sådana kiselfjädrar. En omedelbar applikation kommer att distribuera dem på huden för sensorer, liksom mekaniska anordningar, fälteffektanordningar, och NEMS. Förhoppningsvis, dessa nya resultat kommer snart. "

© 2018 Phys.org