Come un materiale duro e fragile, il silicio non ha praticamente elasticità naturale. Ma in un nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato che il silicio amorfo può essere coltivato in nanofili superelastici a forma di ferro di cavallo che possono subire uno stiramento di oltre il doppio della loro lunghezza originale, e mantengono ancora le loro eccellenti proprietà elettriche.

I risultati sono notizie entusiasmanti per l'area dell'elettronica estensibile, poiché suggeriscono che le molle in nanofili di silicio potrebbero fungere da materiale semiconduttore estensibile per futuri flessibili, dispositivi elettronici pieghevoli. Finora, quasi tutta l'elettronica estensibile che è stata dimostrata è stata realizzata con polimeri e semiconduttori organici, le cui proprietà di semiconduttore sono inferiori a quelle del silicio.

I ricercatori, che provengono dall'Università di Nanchino, Università di Pechino, e CNRS-Ecole Polytechnique, hanno pubblicato un articolo sul loro nuovo metodo per coltivare molle in silicio estensibile in un recente numero di Nano lettere .

In precedenti sforzi per fabbricare silicio estensibile, alcuni dei migliori risultati sono stati ottenuti utilizzando la litografia a fascio di elettroni. In questa tecnica, il silicio cristallino ultrasottile è inciso in vari modelli, come forme serpentine e motivi frattali, che conferiscono al dispositivo di silicio risultante con elasticità. Però, La litografia a fascio di elettroni è costosa e poco pratica per la fabbricazione di componenti elettronici di grandi dimensioni.

Come spiegano i ricercatori nel nuovo articolo, un metodo ideale e relativamente poco costoso per realizzare nanofili di silicio estensibile sarebbe simile ai metodi di estrazione dei cristalli utilizzati per far crescere lingotti di cristallo di silicio dal silicio fuso. In questi metodi, che sono ampiamente utilizzati nell'industria del silicio, un seme di cristallo viene immerso nel silicio fuso e tirato lentamente verso l'alto, traendo con sé un lungo lingotto di silicio cristallino.

Come spiegano i ricercatori, il nuovo metodo è un po' come una nanoscala, versione in piano di trazione del cristallo. Il processo, chiamato ingegneria a forma di linea, comporta la guida di goccioline di indio fuso per muoversi lungo una pista premodellata che è rivestita di silicio amorfo. Mentre la goccia si muove lungo il binario, prende in silicio amorfo e precipita nanofili di silicio cristallino.

Nelle loro manifestazioni, i ricercatori hanno coltivato nanofili di silicio cristallino lunghi più di un millimetro in modelli come forme a ferro di cavallo e una curva di Peano, che in precedenza ha dimostrato di essere uno dei migliori modelli frattali per ottenere una grande elasticità. Nei lavori precedenti, i ricercatori avevano dimostrato la crescita guidata dei nanofili di silicio in linea retta, ma la capacità di farli crescere in modelli strettamente curvi come questi è essenziale per ottenere l'elasticità. I test hanno rivelato che le molle possono essere tirate a più del doppio della loro lunghezza originale, quasi in linea retta, mantenendo le loro proprietà elettriche e recuperando rapidamente la loro forma originale quando vengono rilasciate.

Nel futuro, i ricercatori intendono studiare le tecniche per trasferire le nanomolle di silicio dal substrato di crescita su una superficie più morbida che sia più pratica per le applicazioni. Globale, si aspettano che il metodo di crescita qui dimostrato rappresenti un passo importante verso lo sviluppo di alte prestazioni, elettronica in silicone estensibile.

"In vista delle future applicazioni industriali, la fabbricazione può essere estremamente economica e scalabile, in modo che la dimensione di un array di molle 1D possa essere larga diversi metri e arrotolabile in produzione, " coautore Linwei Yu, all'Università di Nanchino e all'Università di Pechino, detto Phys.org . "La nostra visione è definire una nuova tecnologia per wafer, soddisfare le esigenze dell'elettronica di grandi dimensioni, che offre prodotti in lotti, robusto, e canali in silicio cristallino estensibile per infondere buone prestazioni nell'elettronica morbida emergente. I nostri ultimi progressi hanno dimostrato una rete completa e indipendente di tali molle in silicio. Un'applicazione immediata li distribuirà sulla pelle per i sensori, così come dispositivi meccanici, dispositivi ad effetto di campo, e NEM. Auspicabilmente, questi nuovi risultati usciranno presto".

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