211service.com
Plader af strækbart silicium
Silicium kommer normalt i stive spåner. Men selvom disse bidder af halvledere er gode i computere og mobiltelefoner, er de ikke nyttige til en lang række andre applikationer, såsom bærbar elektronik og bøjelige computere. I mellemtiden er nye typer polymerbaseret elektronik fleksible, men tilbyder ikke ydeevnen af silicium.
Siliciumbølger: En tynd film af silicium er blevet fastgjort til en forstrakt gummiplade. Når belastningen på gummiet slippes, spænder siliciumet sig for at danne et sildebensmønster. Efter det indledende mønster er blevet skabt, strækkes silicium og gummi vandret og lodret og frigives.
Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign viste for nylig, hvordan silicium kan strække sig i én dimension, som et gummibånd. (Se Stretchable Silicon.) Nu har forskerne i gruppens seneste arbejde lavet plader af silicium, der også kan strække sig i to dimensioner, hvilket kunne gøre det muligt at sætte elektronik på kugler og overflader med komplicerede former.
I løbet af de sidste par år har der været en indsats i forskningslaboratorier og virksomheder for at få elektronik til at bøje og strække. Fleksible skærme er for eksempel tilgængelige i øjeblikket. (Se Plastic Electronics Head for Market.) Men disse skærme er afhængige af kredsløb lavet af organiske polymerer, som ikke har siliciums hastighed, så de kan ikke bruges til beregningsintensive opgaver. Derudover er fleksibel elektronik begrænset i de former, de kan danne. De kan rulles og bøjes, men de kan for eksempel ikke tilpasse sig formen af en hånd.
De nye resultater fra Illinois-teamet, ledet af John Rogers , en professor i materialevidenskab og teknik, bygger videre på gruppens tidligere forskning med endimensionelle strækbare bånd af silicium, hvori de fastgjorde ultratynde bånd til et forstrakt stykke gummi. Da belastningen på gummiet blev udløst, bøjede siliciumbåndene sig. Efterfølgende kunne båndene strækkes igen, så siliciumet blev stramt. Disse bånd kunne dog kun strække sig i én dimension. Et virkelig tilpasset ark af elektronik skal strækkes i to retninger, så det for eksempel kan dække en kugle eller et andet tredimensionelt objekt.
Multimedier
Se en video af dannelsen af de bølgede strukturer i en tynd film af silicium.
Så i stedet for at bruge siliciumbånd påsatte forskerne siliciumplader – i størrelse fra tre til fem kvadratmillimeter og i tykkelse fra 55 til 320 nanometer – på et udstrakt gummiark. Da strækningen blev frigivet, bøjede siliciumet sig for at danne komplicerede bølger og zigzag, hvilket skabte en aldrig før set siliciumgeometri (se multimedievideo). Rogers siger, at hans hold blev overrasket over den faktiske geometri, et sildebensmønster, der ligner de forskellige diagonaler af fiskens rygrad. I det væsentlige tillader bølgernes snoede mønstre siliciumpladerne at strække sig til to dimensioner.
Indtil videre, siger Rogers, har hans team lavet funktionelle dioder af det todimensionelle strækbare silicium. Forskerne har fremstillet en række firkantede siliciumpuder, der er forbundet med hinanden via bånd af bølget silicium. Dette enhedsdesign, siger Rogers, kunne bruges i en smart kirurgisk handske, der for eksempel ville måle koncentrationen af hormoner eller pH i kroppen.
Derudover bygger holdet en række fotodetektorer på det elastiske silicium og placerer det rundt om en kugle for at skabe et elektronisk øje. Sådan en applikation er mange år hen ad vejen, siger Rogers, men hvis forskere kan få elektronik og fotodetektorer op på en kugle, kan folk have et meget mere avanceret og kraftfuldt kamera, som kunne bruges i mobiltelefoner eller af militæret.