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相对于其他的半导体或 者陶瓷
作者:admin    发布时间:2018-11-17    浏览:
 

  延展性是金属和合金中常见的机械性质,在无机半导体和陶瓷中非常少见。近日,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合作,发现了一种室温下可弯曲、摔不碎的半导体材料硫化亚银。这是一种典型的半导体,却具有非常反常的良好延展性和可弯曲性,有望在柔性电子中获得广泛应用。相关研究于昨天晚间发表于《自然·材料学》杂志。

  一般而言,陶瓷和半导体表现出脆性、塑性差、不易加工等特性,它们与金属在力学性能的差异导致了两者几乎孑然相反的应用领域。特别由于延展性的差别,金属和陶瓷/半导体的制备科学和加工技术完全不同。金属一般采用熔炼结合机械加工、冲压、精密铸造成型等,而半导体则由于其脆性,一般采用粉末烧结等方法获得块体材料。在一些要求具有特殊形状或外形、以及变形能力的应用场合,目前唯有金属和有机材料适合使用,而陶瓷/半导体因其脆性无法满足此类需求。

  目前的无机材料尤其是半导体均为脆性材料,在大弯曲和大变形或者拉伸状况下极易发生断裂进而导致器件失效。相对于其他的半导体或者陶瓷,硫化亚银具有非常奇异和独特的力学性能。它具有和金属一样的延展性和变形能力,在外力和大应变下不发生材料的破坏和破碎。说起硫化亚银的发现,也是缘起一场偶然。“课题组学生做实验时,想把它砸碎做成粉末,然而它却很‘顽强’。” 陈立东表示。“硫坚强”让学生很厌恶,却激起了陈立东和史迅的兴趣。他们意识到,不是金属的硫化亚银却有很强的延展性,“会是一个好东西!”

  随着进一步研究,研究人员发现,硫化亚银独特的力学特性来源于它的结构和化学键的特殊性。“室温下硫化亚银具有锯齿形的褶皱层状单斜结构。通俗来说,原子就像处在黄山的山峰范围内,这样运动起来不需要消耗太多的能量。这样在滑移过程中不发生分解,仍然维持材料的整体性、完整性。”进一步表征它的力学性能发现,硫化亚银的压缩变形最大可以达到50%以上,三点弯曲测试表明它的弯曲最大形变超过20%,拉伸测试则显示它的拉伸形变可达4.2%。所有这些数值均远远超过已知的陶瓷和半导体材料,和一些金属的力学性能相似。

  针对柔性电子的应用,该团队还制备了硫化亚银薄膜,发现它具有比块体材料更大的变形能力。同时还表征了其形变后的电学性能,发现数十、上百次重复弯曲变形后,它的电性能基本维持不变或变化很小。“这就可以推动柔性材料的开发和柔性电子的应用。” 史迅介绍,“它宽范围内可调的电性能、合适的带宽、大的迁移率使其有望广泛应用于柔性电子领域。”

  据悉,硫化亚银将在柔性电子大有用武之地。“比如可穿戴设备、军用轻装备,集成健康检测。”清华大学教授冯雪对这一新发现评价道,硫化亚银将为柔性电子技术提供另一种技术途径,且有望推进柔性电子技术更快走向成熟产业化和大规模应用。

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