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中美科学家首次使硅纳米线的弹性接近理论极限

2016年08月20日 14:59:17 来源: 新华社

  新华社华盛顿8月19日电(记者林小春)中美研究人员19日在新一期美国《科学进展》杂志上报告说,他们首次在实验中实现了单晶硅纳米线接近理论极限的弹性拉伸。具有超强弹性的硅纳米线将有望广泛应用在柔性电子皮肤、可弯曲甚至折叠的屏幕等新兴领域。

  这项研究由美国加州大学洛杉矶分校杜经宁教授、麻省理工学院李巨教授和中国香港城市大学陆洋助理教授等人合作完成。

  硅是半导体产业的基础,广泛应用于各种电子设备。然而,硅晶体是一种非常坚硬而脆的材料,其弹性几乎可以忽略不计,这使得硅在需要承受较大机械形变的器件中的应用受到较大限制。

  近年来,随着纳米技术的发展,人们对于微米、纳米尺度下硅的力学性质展开一系列研究发现,随着尺寸的减小,硅可以承受越来越大的形变,其中纳米尺度的硅线可被拉伸至5%以上,但这个数字还是远低于理论计算下约17%的弹性极限。

  因此,研究人员利用香港城市大学的高精度原位纳米力学测试平台以及由厦门大学和香港城市大学合作提供的单晶硅纳米线进行实验。单晶硅纳米线的直径约100纳米。

  实验显示,高质量的硅纳米线在单轴拉伸下可以达到10%以上的弹性变形并迅速恢复,个别情况甚至实现了约16%的总体拉伸形变,从而首次将硅纳米线的弹性变形推到了其理论极限。

  陆洋对新华社记者解释说,这些硅纳米线都是采用成熟的标准方法制备,之所以能实现超强弹性,“应主要归功于材料本身的纳米尺寸、近乎零缺陷的单晶结构和原子级别的光滑表面”。此外,他们开发的精密单轴拉伸测试手段也有助于避免样品在固定过程中出现损伤等。

  陆洋说,当前越来越多的电子设备和机电一体化应用涉及到越来越大的机械形变,例如可弯曲折叠的屏幕面板、柔性电池、可穿戴电子设备等,而实现硅纳米线的超强弹性,将大大拓展它在这些领域的应用。

  此项研究的另一个重要意义是,超强弹性意味着硅纳米线可能会出现前所未有的奇异光电性质,从而带来一系列全新的“弹性应变工程”应用,这也是目前的新兴前沿研究领域。

【纠错】 [责任编辑: 王萌萌 ]
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