工程师混搭材料,使新的有弹性的电子



在任何电子装置的心脏是一个冷,硬计算机芯片,覆盖在晶体管和其它半导体元件的微型城市。因为计算机芯片是刚性的,电子设备,它们的功率,比如我们的智能手机,笔记本电脑,手表,电视机,也同样不灵活。

现在澳门太阳城官网(备用网站)的工程师开发的过程可能是关键制造与成本效益的方式实现多个功能柔性电子产品。

 

该过程被称为“远程外延”和涉及生长相同的材料,其是覆盖在石墨烯的中间层的一个大的,厚的晶片上的半导体材料的薄膜。一旦研究人员生长半导体薄膜,它们可以从石墨烯覆盖的晶片剥离它扔掉,然后再利用晶片,其本身可以根据它是从制成的材料的类型是昂贵的。以这种方式,团队可以复制并剥掉任何数量的薄的,柔性的半导体膜,采用相同的基础晶片。

在一份文件中今天发表在杂志 性质中,研究人员证明他们可以使用远程外延生产任何功能性材料的独立式膜。更重要的是,它们可以堆叠从这些不同的材料制成的薄膜,以产生柔性的,多功能电子装置。

研究者预计,这一过程可以用于生产各种用途的有弹性的电子电影,包括支持虚拟现实隐形眼镜,太阳能皮肤霉菌你的车的轮廓,电子面料天气响应,而且似乎到现在为止其他柔性电子产品是奇迹的电影的东西。

“您可以使用此技术来混合和匹配任何半导体材料有新的设备功能,在一个柔性芯片,” jeehwan金,机械工程澳门太阳城官网(备用网站)的副教授说。 “你可以在任何形状做电子产品。”

Kim的共同作者包括炫秒。琴,sungkyu金,孔维,宽巧,彭陈,jaewoo垫片,相勋培,chanyeol财,路易ranno,seungju SEO,从MIT桑戈李,杰克逊鲍尔,和Caroline罗斯,与来自大学合作者沿威斯康星州麦迪逊,康奈尔大学,弗吉尼亚大学,宾夕法尼亚州立大学,中山大学大学,韩国原子能研究所。

 

购买时间

金正日和他的同事们报道了他们 初步结果 在2017年使用远程外延然后,他们能够产生通过首先将石墨烯层从异国金属的组合制成的厚的,昂贵的晶片上的半导体材料的薄的,柔性的膜。它们流入每个金属在石墨烯覆盖的晶片的原子和发现的原子形成在石墨烯的顶部的膜,在相同的晶体图案作为底层晶片。石墨烯提供不粘表面从该研究人员可以剥掉新膜,而使石墨烯覆盖的晶片,其中它们可以重用。 

在2018年,研究小组发现,他们可以利用远程外延进行分组3和元素周期表的5从金属半导体材料,而不是从第4组的原因,他们发现, 归结为极性或流过的石墨烯的原子和在下面的晶片中的原子之间的相应收费。

因为这种认识,金正日和他的同事们已经尝试了数越来越异国半导体组合。如在这个新的纸张报告,小组使用远程外延,使从复合氧化物柔性半导体膜 - 从氧制成的化学化合物和至少两个其它的元件。复合氧化物是已知的具有宽范围的电和磁性质的,并且一些组合可以产生电流时物理上拉伸或暴露于磁场。

Kim说来制造复合氧化物的柔性膜可以打开大门到新havesting能量的设备,如片材或覆盖物的能力,其响应于振动和产生电力,结果拉伸。到现在为止,复合氧化物材料只被制造上是刚性的,毫米厚的晶片,具有有限的柔韧性,并因此限制能量产生电势。

研究者们不得不调整自己的进程,使复杂的氧化膜。他们最初发现,当他们试图使复合氧化物例如钛酸锶(锶,钛的化合物,和三个氧原子),氧原子,它们流过倾向于绑定与石墨烯的碳原子的石墨烯,蚀刻掉石墨烯代替以下下面的晶片的图案,并用锶和钛结合位。作为令人惊讶的简单的解决中,研究人员添加石墨烯的第二层。

“我们看到由时间石墨烯的第一层被蚀刻掉,氧化物化合物已经形成,所以元素氧,一旦它形成这些所需的化合物,就没有任何接触为重与石墨烯,” Kim解释。 “石墨烯所以两层购买一些时间对这种化合物的形成。”

剥离和堆栈

小组使用他们的新微调的过程,使从多个复合氧化物材料薄膜,剥离各100纳米的超薄层,因为它是制造。它们还能够堆叠在一起不同的复合氧化物材料制成的层和由它们略微加热,制备柔性,多功能设备有效地粘合在一起。

“这是堆叠多个纳米薄膜样LEGO块,其已经不可能的,因为在厚晶片形式存在的所有官能电子材料的第一个示范,”金说。

在一个实验中,该球队堆叠在一起的两个不同的复合氧化物的膜:钴铁氧体,已知在磁场的存在下膨胀,PMN-PT,拉伸时产生电压的材料。当研究者露出的多层薄膜的磁场,两个层一起工作既扩大并产生一小电流。 

结果证明远程外延可用于从具有不同功能,这在以前是很难合并成一个装置的材料的组合使柔性电子。在钴铁氧体和PMN-PT的情况下,每个材料具有不同的结晶模式。 Kim说,传统的外延技术,其中的一个晶片上在高温下生长的材料,可以仅当它们的结晶图案匹配结合材料。他说,与远程外延,研究人员可以做出许多不同的电影,采用不同的,可重复使用的晶片,然后将它们叠放在一起,无论其结晶模式。

“这项工作的大图片,你可以在一个地方合并完全不同的材料结合在一起,” Kim说。 “现在你能想象从包括一个传感器,计算系统,电池,太阳能电池,因此你可以有一个柔性的,自供电,互联网的-东西堆叠芯片层制成的薄的,柔性装置”。

该小组正在研究半导体薄膜的各种组合和正在开发的原型设备,如一些金呼吁“电子纹身” - 一个灵活的,透明的芯片,可以连接并贴合人的身体感觉和无线中继生命体征如温度和脉冲。

“我们现在可以做薄,柔软,耐磨最高功能电子产品,”金说。 “刚剥离和堆起来。”

这项研究是研究人员在澳门太阳城官网(备用网站)和威斯康星大学麦迪逊分校,这是由美国国防高级研究计划局的支持与密切合作的结果。