新材料：スマートウェアリング及び極端環境応用

中国科学院深セン先進技術研究院材料所光子情報・エネルギー材料研究センター楊春雷課題グループ陳明研究チームは、シンガポール南洋理工大学教授の魏磊氏と中国科学院外国人院士の高華健チーム、中国科学院蘇州ナノ研究所研究員の張其沖チームと共同で、「自然」（Nature）にHigh-qualitySemiconductor Fibres via Mechanical Designの研究論文。本研究は熱引張プロセスに基づく高品質半導体シリコン、ゲルマニウム繊維の大規模生産の製造技術を報告し、シリコン、ゲルマニウムなどの伝統的な脆性半導体の繊維化と柔軟性化を実現し、光電繊維pn接合を例にフレキシブル電子領域における半導体繊維の革新的な応用を実証した。 

1次元繊維は新興の無機半導体材料の応用形態として、細くて柔らかい独特な優位性を持っている。それはフレキシブル電子デバイスと人々の日常の衣服のシームレスな融合、フレキシブル電子デバイスと日常生活の無感リンクに新しい可能性を提供した。しかし、高速かつ大長の高品質半導体繊維製造技術は科学界の挑戦である。

本研究は伝統的な光ファイバ製造及び熱引張製造技術からインスピレーションを得て、単一材料繊維の熱引張製造法を多材料の製造技術に拡張し、そして固体力学と流体力学の角度から、無機半導体繊維の熱引張製造過程における多材料系応力不整合と流体不安定性問題を解決し、毎分数メートル〜数十メートルの高速延伸による数百メートルに及ぶSi／Ge半導体繊維の製造戦略を実現した。研究はさらに収束熱引張法を採用し、一本の毛髪糸の太さの繊維内に絶縁体、導体と半導体の間の緊密で安定した材料界面を構築し、一次引張と同時にデバイスの組み立てとパッケージを完成し、形成された光電気繊維検出器は極端な環境下で優れた安定性を示し、水中3000メートル以上の圧力環境下で安定して動作することができる。 

この柔軟で安定した「ヘアフィラメント」型センサーは、単独で使用することもでき、生地に編み込むこともでき、被動式の衣類を成功エネルギー性の「スマート」な着用にすることができる。この研究は初めて「コア−クラッド」の力学的相互作用を明らかにし、半導体繊維の延伸の普遍的な戦略を提案し、無機半導体コアの延伸製造過程における亀裂結晶のない長期的な科学的難題を突破した。 

研究活動は中国科学院青年革新促進会、広東省、深セン市などの支持を得ている。 

高品質Si/Ge半導体繊維

インテリジェントな服装及び極端な環境応用