Goldfolie Entdeckung könnte zu tragbaren Technologie führen

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Anonim

Eines Tages könnte sich Ihr Smartphone vollständig an Ihr Handgelenk anpassen, und wenn dies der Fall ist, könnte es dank Forschern der Missouri University of Science and Technology mit reinem Gold überzogen sein.

Die S & T-Forscher aus Missouri haben in der Ausgabe vom 17. März der Zeitschrift Science erklärt, dass sie eine Möglichkeit entwickelt haben, dünne Goldschichten auf Einkristallwafern aus Silizium zu "wachsen", die Goldfolien zu entfernen und sie als Substrate für das Wachstum zu verwenden andere elektronische Materialien.

Die Entdeckung des Forschungsteams könnte die tragbare oder "flexible" Technologieforschung revolutionieren und die Vielseitigkeit solcher Elektronik in der Zukunft erheblich verbessern.

Laut Dr. Jay A. Switzer, einem der führenden Forscher, wurde der Großteil der Forschung über tragbare Technologien mit Polymersubstraten oder Substraten aus mehreren Kristallen durchgeführt. "Und dann setzen sie einen typisch organischen Halbleiter ein, der flexibel ist, aber Sie verlieren die Ordnung, die (Silizium) hat", sagt Switzer, Donald L. Castleman / FCR-Stiftungsprofessor für Discovery in Chemie bei S & T.

Weil die Polymersubstrate aus mehreren Kristallen bestehen, haben sie sogenannte Korngrenzen, sagt Switzer. Diese Korngrenzen können die Leistungsfähigkeit eines elektronischen Geräts stark einschränken.

"Angenommen, Sie stellen eine Solarzelle oder eine LED her", sagt er. "In einem Halbleiter haben Sie Elektronen und Sie haben Löcher, die das Gegenteil von Elektronen sind. Sie können sich an Korngrenzen kombinieren und Wärme abgeben. Und dann verlieren Sie am Ende das Licht, das Sie aus einer LED oder dem Strom bekommen oder Spannung, die man aus einer Solarzelle bekommen könnte. "

Die meiste Elektronik auf dem Markt besteht aus Silizium, weil es "relativ billig, aber auch hoch geordnet" ist, sagt Switzer.

"99, 99 Prozent der Elektronik sind aus Silizium, und es gibt einen Grund - es funktioniert großartig", sagt er. "Es ist ein Einkristall, und die Atome sind perfekt ausgerichtet. Aber wenn man einen solchen Einkristall hat, ist er normalerweise nicht flexibel."

Ausgehend von einkristallinem Silizium und darauf wachsenden Goldfolien ist Switzer in der Lage, die hohe Siliziumordnung auf der Folie zu halten. Aber weil die Folie Gold ist, ist sie auch sehr langlebig und flexibel.

"Wir haben es 4000-mal gebogen, und im Grunde hat sich der Widerstand nicht geändert", sagt er.

Die Goldfolien sind auch im Wesentlichen transparent, weil sie so dünn sind. Laut Switzer hat sein Team Folien ab sieben Nanometer abgezogen.

Switzer sagt, die Herausforderung seines Forschungsteams bestand nicht darin, Gold auf dem Einkristall-Silizium zu züchten, sondern es als eine so dünne Folie abzuschälen. Gold bindet typischerweise sehr gut an Silizium.

"Also haben wir diesen Trick entwickelt, mit dem wir das Silizium photoelektrochemisch oxidieren können", sagt Switzer. "Und das Gold rutscht nur ab."

Photoelektrochemische Oxidation ist der Prozess, bei dem Licht einem Halbleitermaterial, in diesem Fall Silizium, ermöglicht, eine katalytische Oxidationsreaktion zu fördern.

Switzer sagt, dass Tausende von Goldfolien - oder Folien aus einer beliebigen Anzahl anderer Metalle - aus einem Einkristall-Wafer aus Silizium hergestellt werden können.

Die Entdeckung des Forschungsteams kann als "glücklicher Unfall" betrachtet werden. Switzer sagt, dass sie nach einem billigen Weg suchten, um Einkristalle herzustellen, als sie diesen Prozess entdeckten.

"Das ist etwas, was viele Leute, die an hochgradig geordneten Materialien wie Einkristallen interessiert sind, schätzen würden, wenn sie es wirklich leicht machen würden", sagt er. "Abgesehen davon, dass wir flexible Geräte herstellen, wird es nur ein Feld für alle öffnen, die mit Einkristallen arbeiten wollen."

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