Гибкая электроника, способная работать при изгибе, растяжении и даже складывании, уже используется в носимых устройствах, искусственной коже и интерфейсах «мозг–компьютер». Кремний — основа современной электроники — обладает высокой подвижностью электронов, устойчивостью к перегреву и биосовместимостью. Но есть проблема: он хрупкий и жесткий.

Ученые из Нанкинского и Янчжоуского университетов под руководством профессора Линьвэя Юя показали, как можно «приручить» кремний, превратив его в гибкий материал.

Результаты опубликованы в издании Nano-Micro Letters.

Секрет — в форме. Если уменьшить массивный кристалл до тонкой пленки, а затем до нанопроволоки, кремний становится пластичным. Например, нанопроволоки выдерживают растяжение на 10% — для обычного кремния это невозможно. Они еще и лучше проводят ток, а за счет огромного отношения поверхности к объему становятся сверхчувствительными к деформации.

Как их создают

• Сверху вниз: вытравливают узоры на кремниевой пластине с помощью дорогой литографии или дешевого химического травления. Но контролировать диаметр проволок сложно.
• Снизу вверх: выращивают из паров кремния, используя капли металла как «затравку». Метод точный, но золотой катализатор может загрязнить материал.
• Рост в плоскости: проволоки формируются вдоль заданных линий, что позволяет создавать даже пружины из кремния.

Метал-стимулированное химическое травление (MACE) — способ создания нанопроволок, когда кремниевая пластина погружается в раствор с ионами металла (например, серебра). Металл осаждается на поверхности, и в этих точках кремний вытравливается быстрее, образуя вертикальные «столбики». Дешево, но не всегда точно.

Какое оборудование используют

• Сканирующий микроскоп (SEM) показывает форму.
• Просвечивающий микроскоп (TEM) раскрывает структуру на уровне атомов.
• Рамановская спектроскопия определяет кристалличность без разрушения образца.

Теперь нужно удешевить производство, комбинировать кремний с полимерами и тестировать в медицине — например, для датчиков в имплантах.

Исследование открывает путь к  «неубиваемой» носимой электронике: часы, которые не сломаются при ударе, или медицинские пластыри, следящие за здоровьем месяцами. В перспективе — нейроинтерфейсы, где жесткость кремния больше не будет мешать контакту с тканями мозга.

Однако методы выращивания нанопроволок все еще требуют дорогого оборудования или токсичных реактивов. Без решения этих проблем массовое производство гибкой электроники останется фантастикой.

Ранее ученые заявили о возможности массового производства металлических нанопроводов.