El papel de nanocables de silicio se sintetizó en un horno de inducción vertical de alta frecuencia. La dirección del flujo de gas está marcada por líneas discontinuas amarillas. Los círculos rojos indican las ubicaciones donde crecen los nanocables de silicio. (d) muestra la síntesis de un electrodo de grafeno SiNWsP @. Crédito:Pang, et al. © 2013 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) —En el creciente área de flexibilidad, dispositivos electrónicos transparentes, el silicio no ha jugado un papel importante. En lugar de, materiales como el óxido de indio y estaño, nanotubos de carbon, y otros se utilizan a menudo para fabricar dispositivos electrónicos flexibles.
Ahora en un nuevo estudio, Los investigadores han sintetizado nanocables de silicio y los han tejido en un papel que supera a muchos otros materiales similares al papel en términos de transparencia y flexibilidad. Dado que la tecnología de circuitos integrados actual está diseñada para silicio (a granel), Los nanocables de silicio serían mucho más compatibles con estas tecnologías existentes que con otros materiales, una ventaja que potencialmente podría rejuvenecer la investigación en electrónica flexible basada en silicio.
Los investigadores, Chunlei Pang, Hao Cui, Guowei Yang, y Chengxin Wang, en la Universidad Sun Yat-sen (Zhongshan) en Guangzhou, Porcelana, han publicado su estudio sobre lo flexible, transparente, y papel autoportante de nanocables de silicio (FTS-SiNWsP) en un número reciente de Nano letras .
"Logramos la síntesis de papel de nanocables de silicio flexible, transparente y autónomo, que puede ser una parte nueva de la industria moderna de semiconductores, Wang dijo Phys.org . "El papel de silicio muestra más superioridad que otros materiales semiconductores inorgánicos debido a la ventaja de ser compatible con la tecnología de circuitos integrados actual para silicio a granel, y se puede esperar que satisfaga las demandas tecnológicas emergentes, como componentes de baterías eléctricas transparentes, pantallas enrollables, dispositivos portátiles, etcétera."
Como explican los investigadores, el silicio a granel es quebradizo a temperatura ambiente y solo se vuelve dúctil cerca de su temperatura de fusión de aproximadamente 1400 ° C. A diferencia de, El silicio a nanoescala posee una gran capacidad de deformación que permite la flexibilidad a temperatura ambiente. Sin embargo, Tejer nanocables de silicio en un material similar al papel ha sido un desafío porque requiere lograr una alineación entrelazada única utilizando métodos de crecimiento sin catalizador.
Aquí, los investigadores desarrollaron un método simple para sintetizar nanocables de silicio y ensamblarlos en la alineación de enclavamiento deseada utilizando un horno de inducción vertical de alta frecuencia. El polvo de SiO y el gas Ar (que sirve como gas portador) se introducen en el horno donde se calientan rápidamente a aproximadamente 1600 ° C y se mantienen allí durante 1 hora. El calor hace que el polvo de SiO se descomponga en SiO 2 partículas de vapor y Si, ambos son transportados por el gas Ar a una zona de baja temperatura donde se estratifican bajo la acción de la gravedad debido a sus diferentes pesos moleculares.
Como más SiO 2 y Si son transportados a sus ubicaciones, se nuclean y crecen. Mientras que el SiO 2 los depósitos forman una muestra de polvo, las partículas de Si forman nanocables con diámetros de aproximadamente 10 nm que crecen en la dirección del flujo de gas. A medida que crecen los nanocables de Si, se entrelazan espontáneamente entre sí para formar un material de membrana independiente. Las imágenes de microscopio electrónico de barrido muestran un estructura tejida, cuyos poros pueden potencialmente llenarse con otros materiales funcionales para aplicaciones novedosas. Las pruebas también mostraron que el material FTS-SiNWsP tenía muy buena transmitancia óptica y podía doblarse repetidamente sin agrietarse.
(a) Imágenes SEM y (b) TEM del papel de nanocables de silicio. El recuadro en (a) muestra la estructura cilíndrica del papel, que tiene un diámetro de unos 2 cm. El recuadro en (b) muestra el patrón de nanocables. Crédito:Pang, et al. © 2013 Sociedad Química Estadounidense
Para demostrar cómo se pueden utilizar estos nanocables de silicio tejidos para crear electrodos de batería de alto rendimiento, los investigadores cultivaron grafeno en el exterior de los nanocables de silicio en un diseño de núcleo-capa. El grafeno también llenó los huecos del material de nanocables de silicio tejido, cubriendo completamente el material. Después de fabricar baterías de iones de litio de tipo botón utilizando una película de grafeno FTS-SiNWsP @ como ánodo y Li como cátodo, los investigadores demostraron que estas baterías tienen muy buen rendimiento, funcionando cerca de su capacidad teórica y manteniendo una capacidad de más de 1000 mAh / g después de 100 ciclos.
El material FTS-SiNWsP tiene el potencial para muchas aplicaciones además de los electrodos de batería, como células solares flexibles, computadoras portátiles, pantallas de papel, y supercondensadores. En el futuro, los investigadores planean aprovechar este método de síntesis para desarrollar materiales de papel de nanocables de silicio para satisfacer estas demandas tecnológicas emergentes.
"Próximo, planeamos llevar a cabo la investigación de la aplicación del material de papel de silicio en células solares, "Dijo Wang.
© 2013 Phys.org. Reservados todos los derechos.
