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澳门新葡亰官方网站 |柔性屏新突破:中国科学家发现神奇半导体材料

2018-04-17 13:51:24 澳门新葡亰官方网站

  柔软◇◇,甚至可折叠的柔性电子设备◇◇,比如柔性手机屏◇◇,甚至柔软的手机等◇◇,是很多人期待已久的新装备□□。但受限于半导体材料的脆性◇◇,可能带来一场电子技术革命的柔性电子技术和生产工艺◇◇,还面临着巨大挑战□□。中国科学家日前又攻下一城:他们的最新研究成果有望打破这一瓶颈□□。

  中国科学院上海硅酸盐研究所史迅研究员、陈立东研究员与德国马普所的Yuri Grin教授等合作◇◇,率先发现了一种像金属一样柔软的半导体材料:它是一种典型的半导体◇◇,但却具有非常反常的、和金属类似的力学性能——良好的延展性和可弯曲性◇◇,或可广泛应用于柔性电子设备中□□。这一神奇材料的化学成分中含有银原子◇◇,为α-Ag2S□□。

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  相关研究论文49日在线发表在国际学术期刊《自然·材料学》杂志(Nature Materials)□□。

  长期以来◇◇,人们以为半导体材料都像陶瓷一样脆□□。但中国科学家最新发现的α-Ag2S材料◇◇,其性能令人惊讶□□。

一般陶瓷和半导体的加工碎片则为细小颗粒或粉末◇◇,但α-Ag2S在外力和大应变下◇◇,也不会破碎□□。其材料的加工碎片和金属类似◇◇,是一片片细长的缠绕丝状物□□。

  近年来迅速发展的柔性电子材料◇◇,只是将有机/无机材料电子器件制作在柔性衬底上□□。即便如此◇◇,它们独特的可变形性以及高效、低成本制造工艺◇◇,在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景□□。

  然而◇◇,目前的无机材料尤其是半导体均为脆性材料◇◇,在大弯曲和大变形下◇◇,或者拉伸状况下极易发生断裂进而导致器件失效;此外◇◇,有机半导体相对无机半导体迁移率较低◇◇,且电学性能可调范围较小◇◇,无法满足半导体工业的蓬勃发展需求□□。

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  针对柔性电子的应用◇◇,史迅等研究人员制备了α-Ag2S薄膜◇◇,它比块体材料具有更大地变形能力□□。而且◇◇,在数十、上百次弯曲后◇◇,其导电性能基本维持不变或变化很小□□。

  知其然◇◇,知其所以然□□。

  研究人员发现◇◇,在α-Ag2S变形、滑移过程中◇◇,2S原子沿着6Ag原子构成的滑轨移动◇◇,此时不断有旧的Ag-S键减弱甚至断裂◇◇,而又有新的Ag-S键加强甚至生成□□。因此◇◇,其滑移面之间的作用力一直维持在Ag-S的成键状态◇◇,其在滑移过程中能量波动较小◇◇,导致了小的滑移能量势垒;同时该成键状态保证了这些滑移面之间较强的作用力◇◇,避免了在滑移过程中裂纹的产生甚至材料的解离□□。

  这一性质与其他材料明显不同□□。金刚石材料在滑移过程中的势垒太大◇◇,所以◇◇,不存在滑移面◇◇,无法延展□□。而NaCl、石墨的滑移面之间的作用力太小◇◇,材料在滑移过程中很容易产生裂纹◇◇,从而解离◇◇,丧失完整性□□。

  研究人员表示◇◇,一个具有良好滑移能力和延展性的材料必需满足两个基本条件:一是存在能量势垒较小的滑移面◇◇,能够在外力的作用下发生滑动;二是在滑移过程中不发生分解◇◇,仍然维持材料的整体性、完整性□□。


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