Puolijohdekuidut ovat murtumattomia ja lasipäällysteisiä – Physics World

Singaporen ja Kiinan tutkijat ovat valmistaneet erittäin pitkiä, murtumattomia puolijohdekuituja lasin sisälle. Syövyttämällä lasin ja korvaamalla sen joustavalla polymeerivaipalla, johon on upotettu metallilangat, tutkijat pystyivät tuottamaan mikromittakaavaisia ​​kuituja, jotka voitiin kehrätä tekstiileiksi. Teoksella, joka perustuu pitkäaikaiseen pyrkimykseen tuottaa kuitupohjaista elektroniikkaa, voisi olla sovelluksia älyvaatteissa, lääketieteellisissä laitteissa ja mahdollisesti fotoniikassa.

Ensimmäiset kuidut, jotka sisälsivät puolijohteen optisen lasin sisällä, kehitti kemisti John Badding Pennsylvanian osavaltion yliopistosta Yhdysvalloissa Sapattivapaan jälkeen Southamptonin yliopistossa Isossa-Britanniassa. Hän käytti korkeapaineista kemiallista höyrypinnoitusta sijoittaakseen erilaisia ​​materiaaleja onttoytimeisen optisen kuidun sisään. "[Badding] tuli luokseni ja sanoi: "Onko tämä hyvä?" ja minä sanoin: "Sinä vitsailet minulle, tämä on mahtavaa!" ja aloimme tehdä yhteistyötä”, sanoo materiaalitutkija ja insinööri Venkatraman Gopalan, myös Penn Statesta. Kuitujen hidas tuotantonopeus kuitenkin häiritsi tekniikkaa, ja yhteistyö päättyi käytännössä Baddingin äkillisen kuoleman jälkeen 57-vuotiaana vuonna 2019.

in 2008 John Ballato Clemsonin yliopistosta Etelä-Carolinassa kehitetty sula ydinmenetelmä piin ja germaniumin optisten kuitujen tuottamiseksi. Molemmat materiaalit kuumennetaan yli 1000 °C:n sulamispisteiden yläpuolelle. Sula pii ruiskutetaan sitten lasiin, kun se vedetään kuiduksi, ja kun kaksi jäähtyä, yksi kiinteä aine ympäröi toista. Tällä menetelmällä voidaan tuottaa kymmeniä metrejä joka minuutti, ja kuidut ovat herättäneet kiinnostusta lääketieteellisissä lasereissa, epälineaarisessa optiikassa ja monissa muissa sovelluksissa. Yksi ongelma on, että puolijohteen ja lasin väliset lämpölaajenemiskertoimet aiheuttavat puolijohteen murtumisen sen jäähtyessään. Tämä aiheuttaa optisia häviöitä ja tekee mahdottomaksi poistaa lasia ilman, että kuitu hajoaa.

Räjähtää uusi tutkimus

Uudessa työssä Singaporen Nanyangin teknillisen yliopiston, Kiinan Jilinin yliopiston ja muualla tutkijat suorittivat perusteellisen tutkimuksen tästä halkeilusta. "Teimme yhteistyötä mekaanisten asiantuntijoiden kanssa, jotka auttoivat meitä selittämään, mitkä ovat avaintekijät", sanoo Lei Wei Nanyangin teknologisesta yliopistosta. Tämä parantunut teoreettinen ymmärrys antoi tutkijoille mahdollisuuden valita alumiinisilikaattilasin esimerkiksi germaniumin peittämiseen. Tuloksena oli pitkät puolijohdelangat, jotka oli koteloitu lasiin ilman halkeamia.

Tulevaisuudessa tutkijat uskovat, että nämä lasilla päällystetyt kuidut voivat olla hyödyllisiä fotoniikassa. Esillä olevassa paperissa ne kuitenkin etsasivat lasin pois, jotta piilangat jäivät alle 100 mikronia paksuiksi. "Elektroniikan osalta puolijohde ei yksin toimi, vaan meillä on oltava metalliset koskettimet, jotta voimme puhua puolijohteen kanssa", Wei sanoo. Siksi he käyttivät matalan lämpötilan prosessia kahden johtavaan polymeeriin upotetun metallilangan kiinnittämiseksi puolijohteeseen ja upotettiin kolme johdinta yhteen eristävään polymeeriin. Tuloksena oli joustava optoelektroninen kuitu, joka voitiin kehrätä langaksi.

Ryhmä valmisti useita laitteita, joissa lanka oli kudottu muihin tekstiileihin. Yksi esimerkki oli pipohattu, joka pystyi havaitsemaan liikennevalon valon ja tuottamaan matkapuhelimeen värinäsignaalin, joka osoittaa, oliko signaali punainen vai vihreä. He uskovat, että tämä voisi auttaa näkövammaista. Toinen oli älykellon hihna, joka pystyi mittaamaan ihmisen sydämen rytmiä.

Pestävä transistori voisi olla seuraava

He osoittivat myös, että teknologialla on käytännöllinen joustavuus. "Laitimme laitteemme pesukoneeseen... Voimme pestä sen useita kertoja, ja se säilyttää alkuperäisen suorituskyvyn", Lei Wei sanoo. Tutkijat yrittävät nyt valmistaa transistorin kuidun sisään, jotta elektroniset piirit voidaan liittää suoremmin.

Optisia kuituja, joissa on integroitu puolijohdeliitos, kehitettiin

Ballato on innostunut tutkimuksesta. "Olen tuntenut tämän ryhmän 15 vuotta, joten en ole yllättynyt työn erinomaisuudesta", hän sanoo. "He ovat pystyneet ottamaan nämä tärkeät, mutta jokseenkin akateemiset käsitteet ja muuttamaan ne käytäntöön erittäin hyödyllisellä ja tärkeällä tavalla, joka vahvistaa kuitujen skaalautuvuuden."

Häneen teki suurimman vaikutuksen tiimin kyky yhdistää erilaisia ​​prosessointiolosuhteita vaativia materiaaleja yhdeksi rakenteeksi. "Tämän uuden työkalupakin ansiosta he ovat muita edellä, kun he voivat käyttää niitä käytännöllisten, toimivien laitteiden kehittämiseen", hän sanoo.

"Tämä on erittäin jännittävää – John [Badding] olisi ollut innoissaan nähdessään tämän!" sanoo Gopalan. Hän uskoo, että tekniikka on todellista lupaavaa tunnistusta ja kuvantamista varten, vaikka hän sanoo, että nykyiset kuidut olisivat liian paksuja käytännön käyttöön signaalinsiirrossa, ja epäilee, että sula ydinprosessi ei ehkä pysty tuottamaan riittävän puhtaita, ohuita kuituja. signaalin siirto ollenkaan. Seuraava askel on "hahmotella perusteellisesti näiden kuitujen elektroniset ja optiset perusominaisuudet", hän sanoo: "Se määrittää, missä sovellukset voivat olla."

Valmistusprosessi on kuvattu kohdassa luonto.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/semiconductor-fibres-are-fracture-free-and-glass-clad/