211service.com
Skivor av töjbart silikon
Kisel kommer vanligtvis i styva chips. Men även om dessa bitar av halvledare är bra i datorer och mobiltelefoner, är de inte användbara för en mängd andra applikationer, såsom bärbar elektronik och böjbara datorer. Samtidigt är nya typer av polymerbaserad elektronik flexibla men erbjuder inte kiselprestanda.
Kiselvågor: En tunn film av kisel har fästs på ett försträckt gummiark. När belastningen på gummit släpps spänns kislet för att bilda ett fiskbensmönster. Efter att det initiala mönstret har skapats sträcks kislet och gummit horisontellt och vertikalt och släpps.
Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign visade nyligen hur kisel kan sträckas i en dimension, som ett gummiband. (Se Stretchable Silicon .) Nu, i gruppens senaste arbete, har forskarna gjort ark av kisel som även kan sträcka sig i två dimensioner, vilket skulle kunna göra det möjligt att sätta elektronik på sfärer och ytor med komplicerade former.
Under de senaste åren har det gjorts ansträngningar i forskningslaboratorier och företag för att göra elektroniken flexibla och stretcha. Flexibla displayer är till exempel för närvarande tillgängliga. (Se Plastic Electronics Head for Market.) Men dessa skärmar är beroende av kretsar gjorda av organiska polymerer, som inte har samma hastighet som kisel, så de kan inte användas för beräkningsintensiva uppgifter. Dessutom är flexibel elektronik begränsad i de former som de kan forma. De kan rullas och böjas, men de kan inte anpassa sig till formen av en hand, till exempel.
De nya resultaten från Illinois-teamet, ledd av John Rogers , en professor i materialvetenskap och teknik, bygger på gruppens tidigare forskning med endimensionella töjbara band av kisel, där de fäste ultratunna band på ett försträckt gummistycke. När belastningen på gummit släpptes spände sig silikonbanden. Därefter kunde banden sträckas igen, vilket drar kiseln spänd. Men dessa band kunde bara sträcka sig i en dimension. Ett riktigt passande elektronikark måste sträckas i två riktningar så att det till exempel kan täcka en sfär eller något annat tredimensionellt föremål.
Multimedia
Se en video av bildandet av de vågiga strukturerna i en tunn film av kisel.
Så istället för att använda band av kisel, fäste forskarna ark av kisel – i storlek från tre till fem kvadratmillimeter och i tjocklek från 55 till 320 nanometer – på ett utsträckt gummiark. När sträckan släpptes böjde sig kislet för att bilda komplicerade vågor och sicksack, vilket skapade en aldrig tidigare skådad kiselgeometri (se multimediavideo ). Rogers säger att hans team blev överraskade av den faktiska geometrin, ett fiskbensmönster, som liknar de olika diagonalerna på fiskens ryggrad. I huvudsak tillåter vågornas slingrande mönster att kiselskivorna sträcker sig till två dimensioner.
Hittills, säger Rogers, har hans team gjort funktionella dioder av tvådimensionellt stretchigt kisel. Forskarna har tillverkat en rad kvadratiska kiselkuddar som är anslutna till varandra via band av vågigt kisel. Denna enhetsdesign, säger Rogers, skulle kunna användas i en smart operationshandske som till exempel skulle mäta koncentrationen av hormoner eller pH i kroppen.
Dessutom bygger teamet en rad fotodetektorer på det stretchiga kislet och placerar det runt en sfär för att skapa ett elektroniskt öga. En sådan applikation finns många år på vägen, säger Rogers, men om forskare kan få in elektronik och fotodetektorer på en sfär kan folk ha en mycket mer avancerad och kraftfull kamera som skulle kunna användas i mobiltelefoner eller av militären.