Singapur ve Çin'deki araştırmacılar tarafından cam kaplamanın içinde ultra uzun, kırılmayan yarı iletken fiberler üretildi. Araştırmacılar, camı aşındırıp yerine metalik tellerle gömülü esnek bir polimer kılıf koyarak, tekstil ürünlerine dönüştürülebilecek mikro ölçekli elyaflar üretmeyi başardılar. Fiber bazlı elektronikler üretmeye yönelik uzun süredir devam eden bir arayışa dayanan bu çalışmanın akıllı giysilerde, tıbbi cihazlarda ve potansiyel olarak fotonikte uygulamaları olabilir.

Optik camın içinde yarı iletken içeren ilk fiberler, Birleşik Krallık'taki Southampton Üniversitesi'ndeki ücretli izin sonrasında ABD'deki Pennsylvania Eyalet Üniversitesi'nden kimyager John Badding tarafından geliştirildi. Çeşitli malzemeleri içi boş çekirdekli bir optik fiberin içine yerleştirmek için yüksek basınçlı kimyasal buhar biriktirme yöntemini kullandı. “[Badding] yanıma geldi ve 'Bu iyi mi?' dedi. ve ben de 'Benimle dalga geçiyorsun, bu harika!' dedim. ve işbirliği yapmaya başladık” diyor malzeme bilimci ve mühendisi Venkatraman Gopalan, aynı zamanda Penn State'ten. Ancak liflerin üretim hızının yavaş olması nedeniyle teknik sekteye uğradı ve işbirliği, Badding'in 57'da 2019 yaşında ani ölümünün ardından fiilen sona erdi.

2008 içinde John Ballato Güney Carolina'daki Clemson Üniversitesi'nden bilim insanları, silikon ve germanyumdan optik fiberler üretmek için erimiş çekirdek yöntemini geliştirdi. İki malzeme 1000 °C'nin üzerindeki erime noktalarının üzerinde ısıtılır. Erimiş silikon daha sonra bir elyafın içine çekilirken camın içine enjekte edilir ve ikisi soğuduğunda katılardan biri diğerini çevreler. Bu yöntem her dakika onlarca metrenin üretilmesine olanak tanıyor ve fiberler tıbbi lazerler, doğrusal olmayan optikler ve diğer çeşitli uygulamalar için ilgi çekiyor. Sorunlardan biri, yarı iletken ile cam arasındaki termal genleşme katsayılarındaki farklılıkların, yarı iletkenin soğudukça kırılmasına neden olmasıdır. Bu, optik kayıplara neden olur ve fiber parçalanmadan camın çıkarılmasını imkansız hale getirir.

Yeni çalışma çığır açıcı

Yeni çalışmada, Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi, Çin'deki Jilin Üniversitesi ve diğer yerlerdeki araştırmacılar bu çatlamayla ilgili kapsamlı bir çalışma yürüttüler. "Temel faktörlerin neler olduğunu açıklamamıza yardımcı olan mekanik uzmanlarla çalıştık" diyor Lei Wei Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nden. Bu gelişmiş teorik anlayış, araştırmacıların örneğin germanyum kaplamak için alüminosilikat camı seçmesine olanak tanıdı. Sonuç, çatlaksız camla kaplanmış uzun yarı iletken kablolardı.

Gelecekte araştırmacılar bu cam kaplı fiberlerin fotonikte faydalı olabileceğine inanıyor. Ancak mevcut makalede, silikon tellerin kalınlığının 100 mikrondan daha az olmasını sağlayacak şekilde camı kazıdılar. Wei, "Elektronik için yarı iletken tek başına işe yaramaz; yarı iletkenle iletişim kurabilmek için metal kontaklara ihtiyacımız var" diyor. Bu nedenle, iletken bir polimer içine yerleştirilmiş iki metal teli yarı iletkene bağlamak için düşük sıcaklıkta bir işlem kullandılar ve üç kabloyu yalıtkan bir polimerin içine birlikte gömdüler. Sonuç, iplik haline getirilebilen esnek bir optoelektronik fiberdi.

Ekip, ipliklerinin diğer tekstillerle iç içe geçmesini içeren çeşitli cihazlar üretti. Bir örnek, bir trafik sinyalinden gelen ışığı algılayabilen ve cep telefonunda sinyalin kırmızı mı yoksa yeşil mi olduğunu gösteren titreşimli bir sinyal üretebilen bere şapkasıydı. Bunun görme engelli bir kişiye yardımcı olabileceğini öngörüyorlar. Bir diğeri ise kişinin kalp ritmini ölçebilen bir akıllı saat kayışıydı.

Yıkanabilir transistör bir sonraki adım olabilir

Ayrıca teknolojinin pratik bir esnekliğe sahip olduğunu da gösterdiler. Lei Wei, "Cihazımızı çamaşır makinesine koyuyoruz... Birkaç kez yıkayabiliyoruz ve hala orijinal performansını koruyor" diyor. Araştırmacılar şimdi elektronik devrelerin daha doğrudan dahil edilmesini sağlamak için fiberin içinde bir transistör üretmeye çalışıyorlar.

Ballato araştırma konusunda oldukça heyecanlı. "Bu grubu 15 yıldır tanıyorum, bu nedenle yapılan işin mükemmelliğine şaşırmadım" diyor; "Bu önemli ama bir bakıma akademik kavramları alıp bunları, fiberlerin ölçeklenebilirliğini doğrulayan çok yararlı ve önemli bir şekilde uygulamaya dönüştürmeyi başardılar."

Ekibin farklı işleme koşulları gerektiren malzemeleri tek bir yapıda birleştirme yeteneğinden en çok etkilendi. "Bu yeni araç seti sayesinde, bunları pratik, işlevsel cihazlar geliştirmek için kullanma becerisinde herkesten öndeler" diyor.

"Bu çok heyecan verici; John [Badding] bunu görse çok heyecanlanırdı!" diyor Gopalan. Mevcut fiberlerin sinyal iletiminde pratik kullanım için çok kalın olacağını söylese de, algılama ve görüntüleme açısından tekniğin gerçekten umut verici olduğuna inanıyor ve erimiş çekirdek işleminin sinyal iletimi için yeterince saf, ince fiberler üretemeyeceğinden şüpheleniyor. kesinlikle sinyal iletimi. Bir sonraki adımın "bu fiberlerin temel elektronik ve optik özelliklerini kapsamlı bir şekilde karakterize etmek" olduğunu söylüyor: "Bu, uygulamaların nerede bulunabileceğini belirleyecek."

Üretim süreci şurada anlatılmıştır: Tabiat.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/semiconductor-fibres-are-fracture-free-and-glass-clad/