中美科學家首次使硅納米線的彈性接近理論極限

知識 08-20

新華社華盛頓８月１９日電（記者林小春）中美研究人員１９日在新一期美國《科學進展》雜誌上報告說，他們首次在實驗中實現了單晶硅納米線接近理論極限的彈性拉伸。具有超強彈性的硅納米線將有望廣泛應用在柔性電子皮膚、可彎曲甚至摺疊的屏幕等新興領域。

這項研究由美國加州大學洛杉磯分校杜經寧教授、麻省理工學院李巨教授和中國城市大學陸洋助理教授等人合作完成。

硅是半導體產業的基礎，廣泛應用於各種電子設備。然而，硅晶體是一種非常堅硬而脆的材料，其彈性幾乎可以忽略不計，這使得硅在需要承受較大機械形變的器件中的應用受到較大限制。

近年來，隨著納米技術的發展，人們對於微米、納米尺度下硅的力學性質展開一系列研究發現，隨著尺寸的減小，硅可以承受越來越大的形變，其中納米尺度的硅線可被拉伸至５％以上，但這個數字還是遠低於理論計算下約１７％的彈性極限。

因此，研究人員利用香港城市大學的高精度原位納米力學測試平台以及由廈門大學和香港城市大學合作提供的單晶硅納米線進行實驗。單晶硅納米線的直徑約１００納米。

實驗顯示，高質量的硅納米線在單軸拉伸下可以達到１０％以上的彈性變形並迅速恢復，個別情況甚至實現了約１６％的總體拉伸形變，從而首次將硅納米線的彈性變形推到了其理論極限。

陸洋對新華社記者解釋說，這些硅納米線都是採用成熟的標準方法製備，之所以能實現超強彈性，「應主要歸功於材料本身的納米尺寸、近乎零缺陷的單晶結構和原子級別的光滑表面」。此外，他們開發的精密單軸拉伸測試手段也有助於避免樣品在固定過程中出現損傷等。

陸洋說，當前越來越多的電子設備和機電一體化應用涉及到越來越大的機械形變，例如可彎曲摺疊的屏幕面板、柔性電池、可穿戴電子設備等，而實現硅納米線的超強彈性，將大大拓展它在這些領域的應用。

此項研究的另一個重要意義是，超強彈性意味著硅納米線可能會出現前所未有的奇異光電性質，從而帶來一系列全新的「彈性應變工程」應用，這也是目前的新興前沿研究領域。

責編：海聞

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