Des fibres semi-conductrices ultralongues et sans fracture ont été produites à l'intérieur d'une gaine de verre par des chercheurs de Singapour et de Chine. En éliminant le verre et en le remplaçant par une gaine flexible en polymère incrustée de fils métalliques, les chercheurs ont pu produire des fibres micrométriques qui pourraient être transformées en textiles. Ces travaux, qui s'appuient sur une quête de longue date visant à produire des composants électroniques à base de fibres, pourraient avoir des applications dans les vêtements intelligents, les dispositifs médicaux et potentiellement en photonique.

Les premières fibres contenant un semi-conducteur à l'intérieur d'un verre optique ont été développées par le chimiste John Badding de l'Université d'État de Pennsylvanie aux États-Unis, après un congé sabbatique à l'Université de Southampton au Royaume-Uni. Il a utilisé le dépôt chimique en phase vapeur à haute pression pour placer divers matériaux à l'intérieur d'une fibre optique à âme creuse. «[Badding] est venu vers moi et m'a dit : 'Est-ce que c'est bon ?' et je me suis dit : "Vous vous moquez de moi, c'est incroyable !" et nous avons commencé à collaborer », déclare un scientifique et ingénieur en matériaux. Venkatraman Gopalan, également de Penn State. La technique a cependant été paralysée par la lenteur du taux de production des fibres et la collaboration a effectivement pris fin après la mort soudaine de Badding à 57 ans en 2019.

En 2013, j'ai nommé Ambassadeur Amina C. Mohamed, mon secrétaire du Cabinet (Ministre) du Ministère des Affaires étrangères et du Commerce international. Depuis lors, l'Ambassadeur Mohamed a dirigé avec brio notre action diplomatique. Nous avons bénéficié énormément de ses démarches tant régionalesqu’internationales d'importance à la fois nationale et continentale. John Ballato de l'Université de Clemson en Caroline du Sud a développé la méthode du noyau fondu pour produire des fibres optiques en silicium et en germanium. Les deux matériaux sont chauffés au-dessus de leur point de fusion, supérieur à 1000 XNUMX °C. Le silicium fondu est ensuite injecté dans le verre au fur et à mesure qu'il est étiré dans une fibre et, à mesure que les deux refroidissent, l'un des solides entoure l'autre. Cette méthode permet de produire des dizaines de mètres chaque minute et les fibres ont suscité un intérêt pour les lasers médicaux, l'optique non linéaire et diverses autres applications. Un problème est que les différences dans les coefficients de dilatation thermique entre le semi-conducteur et le verre provoquent la fracture du semi-conducteur lors de son refroidissement. Cela crée des pertes optiques et rend impossible le retrait du verre sans que la fibre ne se désagrège.

Une nouvelle étude intéressante

Dans le cadre de ces nouveaux travaux, des chercheurs de l'Université technologique de Nanyang à Singapour, de l'Université de Jilin en Chine et d'ailleurs ont mené une étude approfondie de cette fissuration. « Nous avons travaillé avec des experts en mécanique qui nous ont aidés à expliquer quels sont les facteurs clés », explique Lei Wei de l'Université technologique de Nanyang. Cette compréhension théorique améliorée a permis aux chercheurs de choisir du verre aluminosilicate pour revêtir du germanium, par exemple. Le résultat a été de longs fils semi-conducteurs enveloppés dans du verre sans fissures.

À l’avenir, les chercheurs pensent que ces fibres gainées de verre pourraient être utiles en photonique. Dans le présent article, cependant, ils ont gravé le verre pour laisser les fils de silicium d'une épaisseur inférieure à 100 microns. "Pour l'électronique, un semi-conducteur seul ne fonctionnera pas, nous avons besoin de contacts métalliques pour communiquer avec le semi-conducteur", explique Wei. Ils ont donc utilisé un processus à basse température pour attacher au semi-conducteur deux fils métalliques noyés dans un polymère conducteur et ont intégré les trois fils ensemble dans un polymère isolant. Le résultat fut une fibre optoélectronique flexible qui pouvait être transformée en fil.

L'équipe a produit plusieurs dispositifs contenant leurs fils entrelacés dans d'autres textiles. Un exemple était un bonnet capable de détecter la lumière d'un feu de circulation et de produire un signal vibratoire sur un téléphone portable indiquant si le signal était rouge ou vert. Selon eux, cela pourrait aider une personne malvoyante. Un autre était un bracelet de montre intelligente capable de mesurer le rythme cardiaque d'une personne.

Le transistor lavable pourrait être le prochain

Ils ont également montré que la technologie présente une résilience pratique. « Nous mettons notre appareil dans la machine à laver… Nous pouvons le laver plusieurs fois et il conserve ses performances d'origine », explique Lei Wei. Les chercheurs tentent désormais de fabriquer un transistor à l'intérieur de la fibre pour permettre une intégration plus directe des circuits électroniques.

Ballato est enthousiasmé par la recherche. « Je connais ce groupe depuis 15 ans, donc je ne suis pas surpris par l'excellence du travail », dit-il ; "Ils ont pu reprendre ces concepts importants mais quelque peu académiques et les mettre en pratique d'une manière très utile et importante qui valide l'évolutivité des fibres elles-mêmes."

Il est particulièrement impressionné par la capacité de l'équipe à combiner des matériaux nécessitant différentes conditions de traitement en une seule structure. « Avec cette nouvelle boîte à outils, ils sont en avance sur tous les autres en termes de capacité à les utiliser pour développer des dispositifs pratiques et fonctionnels », dit-il.

"C'est très excitant – John [Badding] aurait été ravi de voir ça !" dit Gopalan. Il estime que pour la détection et l'imagerie, la technique est très prometteuse, même s'il affirme que les fibres actuelles seraient trop épaisses pour une utilisation pratique dans la transmission de signaux, et soupçonne que le processus à noyau fondu pourrait ne pas être en mesure de produire des fibres suffisamment pures et fines pour la transmission de signaux. transmission du signal du tout. La prochaine étape consistera à « caractériser minutieusement les propriétés électroniques et optiques de base de ces fibres », dit-il : « Cela déterminera où se situeront les applications ».

Le processus de fabrication est décrit dans Nature.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• PlatoData.Network Ai générative verticale. Autonomisez-vous. Accéder ici.
• PlatoAiStream. Intelligence Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• PlatonESG. Carbone, Technologie propre, Énergie, Environnement, Solaire, La gestion des déchets. Accéder ici.
• PlatoHealth. Veille biotechnologique et essais cliniques. Accéder ici.
• La source: https://physicsworld.com/a/semiconductor-fibres-are-fracture-free-and-glass-clad/