211service.com
Vellen van rekbaar silicium
Silicium wordt meestal geleverd in stijve chips. Maar hoewel deze brokken halfgeleiders goed zijn in computers en mobiele telefoons, zijn ze niet nuttig voor tal van andere toepassingen, zoals draagbare elektronica en buigbare computers. Ondertussen zijn nieuwe soorten elektronica op basis van polymeren flexibel, maar bieden ze niet de prestaties van silicium.
Silicium golven: Op een voorgerekt vel rubber is een dun laagje siliconen aangebracht. Wanneer de spanning op het rubber wordt opgeheven, knikt de siliconen om een visgraatpatroon te vormen. Nadat het initiële patroon is gemaakt, worden de siliconen en het rubber horizontaal en verticaal uitgerekt en losgelaten.
Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben onlangs laten zien hoe silicium zich in één dimensie kan uitrekken, zoals een rubberen band. (Zie Rekbaar silicium.) Nu, in het meest recente werk van de groep, hebben de onderzoekers siliciumplaten gemaakt die ook in twee dimensies kunnen worden uitgerekt, wat het mogelijk zou kunnen maken om elektronica op bollen en oppervlakken met gecompliceerde vormen te plaatsen.
De afgelopen jaren zijn er inspanningen geleverd in onderzoekslaboratoria en bedrijven om elektronica te laten buigen en uitrekken. Op dit moment zijn er bijvoorbeeld flexibele displays beschikbaar. (Zie Plastic Electronics Head for Market.) Maar deze schermen zijn afhankelijk van circuits gemaakt van organische polymeren, die niet de snelheid van silicium hebben, dus ze kunnen niet worden gebruikt voor rekenintensieve taken. Bovendien is flexibele elektronica beperkt in de vormen die ze kunnen vormen. Ze kunnen worden opgerold en gebogen, maar ze kunnen zich bijvoorbeeld niet aanpassen aan de vorm van een hand.
De nieuwe resultaten van het team uit Illinois, onder leiding van John Rogers , een professor in materiaalkunde en techniek, bouwde voort op het eerdere onderzoek van de groep met eendimensionale elastische linten van silicium, waarin ze ultradunne linten aan een voorgerekt stuk rubber bevestigden. Toen de spanning op het rubber werd opgeheven, knikten de siliconen linten. Vervolgens konden de linten weer worden uitgerekt, waardoor het silicium strak werd getrokken. Deze linten konden echter maar in één dimensie worden uitgerekt. Een echt aanpasbaar vel elektronica moet in twee richtingen worden uitgerekt, zodat het bijvoorbeeld een bol of een ander driedimensionaal object kan bedekken.
Multimedia
Bekijk een video van de vorming van de golvende structuren in een dunne film van silicium.
Dus in plaats van siliciumlinten te gebruiken, plakten de onderzoekers vellen silicium, variërend in grootte van drie tot vijf vierkante millimeter en in dikte van 55 tot 320 nanometer, op een uitgerekte laag rubber. Toen het stuk werd losgelaten, beknikte het silicium om gecompliceerde golven en zigzaglijnen te vormen, waardoor een nooit eerder vertoonde siliciumgeometrie ontstond (zie multimediavideo). Rogers zegt dat zijn team verrast was door de eigenlijke geometrie, een visgraatpatroon, dat lijkt op de variërende diagonalen van de ruggengraat van de vis. In wezen zorgen de kronkelende golfpatronen ervoor dat de siliciumplaten zich tot twee dimensies kunnen uitrekken.
Tot nu toe, zegt Rogers, heeft zijn team functionele diodes gemaakt van het tweedimensionale rekbare silicium. De onderzoekers hebben een reeks vierkante siliconen pads gefabriceerd die met elkaar zijn verbonden via linten van golvend silicium. Dit apparaatontwerp, zegt Rogers, zou kunnen worden gebruikt in een slimme chirurgische handschoen die bijvoorbeeld de concentratie van hormonen of pH in het lichaam zou meten.
Daarnaast bouwt het team een reeks fotodetectoren op het rekbare silicium en plaatst het rond een bol om een elektronisch oog te creëren. Een dergelijke toepassing is al vele jaren onderweg, zegt Rogers, maar als onderzoekers elektronica en fotodetectoren op een bol kunnen krijgen, kunnen mensen een veel geavanceerdere en krachtigere camera hebben die in mobiele telefoons of door het leger kan worden gebruikt.