Kudottavia ohuita puolijohdekuituja

Nanyang Technological University NTU Singaporen tutkijat ovat kehittäneet erittäin ohuita puolijohdekuituja, jotka voidaan kutoa kankaiksi, jolloin niistä tulee älykäs puettava elektroniikka.

Luotettavasti toimivien kudottavien puolijohdekuitujen luomiseksi niiden on oltava joustavia ja virheettömiä, jotta signaalin siirto on vakaata.

NTU:n tutkijat suorittivat mallinnuksen ja simuloinnit ymmärtääkseen, kuinka stressiä ja epävakautta esiintyy valmistusprosessin aikana. He havaitsivat, että haaste voidaan voittaa huolellisella materiaalivalinnalla ja tietyillä vaiheilla kuidutuotannon aikana.

He kehittivät mekaanisen suunnittelun ja onnistuivat valmistamaan hiuksenohuita, virheettömiä kuituja, jotka ulottuvat pisimmillään 100 metriin. Tärkeää on, että uudet kuidut voidaan kutoa kankaiksi olemassa olevilla menetelmillä.

NTU:n apulaisprofessori ja tutkimuksen johtava tutkija Wei Lei sanoo: "Korkealaatuisten puolijohdekuitujen onnistunut valmistus johtuu tiimimme monitieteisyydestä."

Kehittäessään virheettömiä kuituja NTU:n johtama tiimi valitsi paria tavallista puolijohdemateriaalia ja synteettistä materiaalia - piipuolijohdeytimen, jossa on piidioksidilasiputki ja germaniumytimen, jossa on alumiinisilikaattilasiputki. Materiaalit valittiin niiden ominaisuuksien perusteella, jotka täydensivät toisiaan. Näitä olivat lämpöstabiilisuus, sähköinen johtavuus ja kyky kuljettaa sähkövirtaa.

Pii valittiin koska se voidaan lämmittää korkeisiin lämpötiloihin ja käsitellä huonontamatta sekä sen kyky toimia näkyvän valon alueella, mikä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi äärimmäisiin olosuhteisiin tarkoitetuissa laitteissa, kuten palomiesten suojavaatteiden antureissa.

Toisaalta germaniumin ansiosta elektronit voivat liikkua kuidun läpi nopeasti ja toimia infrapuna-alueella, mikä tekee siitä sopivan käytettäväksi puettavissa tai kangaspohjaisissa antureissa, jotka ovat yhteensopivia sisätilojen valotoimisissa ("LiFi") langattomissa optisissa verkoissa.

Tutkijoiden kehittämä monivaiheinen kuitujen venytysprosessi on sovitettavissa nykyisiin teollisiin tuotantoprosesseihin.

Laboratoriokokeissa puolijohdekuidut osoittivat erinomaista suorituskykyä. Responsiivisuustesteissä kuidut pystyivät havaitsemaan koko näkyvän valon alueen ultraviolettisäteilystä infrapunaan ja lähettämään jyrkemmin jopa 350 kilohertsin (kHz) kaistanleveyden signaaleja, mikä teki siitä huippusuorituksen laatuaan. Lisäksi kuidut olivat 30 kertaa kovempaa kuin tavalliset kuidut.

Kuitujen pesukelpoisuus arvioitiin myös, jolloin puolijohdekuiduilla kudottu liina käytettiin pesukoneessa 10 kertaa, eikä tuloksissa havaittu merkittävää laskua kuidun suorituskyvyssä.

Apulaistutkija, arvostettu yliopiston professori Gao Huajian, toteaa: "Pii ja germanium ovat kaksi laajalti käytettyä puolijohdetta, joita pidetään yleensä erittäin hauraina ja murtumisalttiina.

"Ultrapitkän puolijohdekuidun valmistus osoittaa mahdollisuuden ja toteutettavuuden valmistaa joustavia komponentteja piin ja germaniumin avulla, mikä tarjoaa laajan tilan erimuotoisten joustavien puettavien laitteiden kehittämiseen.

Aiheesta aiemmin:

Kudottava kuituakku puettaville

Puettava energiakeräin muuttaa kehon akuksi

Kangas, joka "kuulee" sydämesi äänet

Pesunkestävää kangaselektroniikkaa