利用硅纳米线做大面积可弯曲电子产品

英国的研究人员展示了一种干式接触印刷系统，能将多个硅纳米线移植于软性的大型基板上，从而开发出能够有效控制其电子特性的高性能超薄电子层。这为大规模使用软性和可弯曲的电子产品开启了新机会，包括物联网（IoT）和智能城市等应用。

英国格拉斯哥大学（University of Glasgow）教授Ravinder Dahiya在接受《EE Times》采访时指出，“单晶硅是一种硬脆的材料，一旦将它弯曲，就会裂开。因此，我们开发了一种新的客制、闭路接触式印刷系统，能够印刷多个100纳米（nm）硅纳米线接脚，在软性基板上形成电子层。这种电子材料能直接接触基板，因此是干式印刷而非湿式印刷。我们可以实现高产量的一致纳米线，在较大面积上产生均匀的响应。”

这项研究由Ravinder Dahiya主导的可弯曲电子与感测技术（Bendable Electronics and Sensing Technologies；BEST）研究小组进行，最新成果就发表在《微系统和纳米工程》（Microsystems and Nanoengineering）期刊。这一团队已经开发出许多创新技术，包括太阳能发电的软性“电子皮肤”，可用于打造义肢，以及可伸缩的健康传感器，用于监测用户汗水的pH值。

将硅纳米线用于大面积电子产品的一大挑战在于实现均匀的组件响应。较小尺寸的纳米线也增加了与整合有关的难度，特别是在非传统软性基板上打造大型电子产品。这些问题都需要新的方法来合成具有均匀长宽比的半导体纳米线，并以由其制成的电子层组合对准的纳米线，从而在大面积上打造出具有均匀响应的组件。

在其研究论文中，研究人员介绍如何使用硅晶和氧化锌来制造半导体纳米线，并将其印刷在软性基板上，用于开发电子组件和电路。在此过程中，他们发现这种方式能够产生均匀的硅纳米线——这些硅纳米线均以相同的方向排列，而不是像类似的氧化锌工艺一样随机的树枝状排列。

文中还描述了这种接触式印刷方法，包括如何从对齐的纳米线获得这种电子层，以及使用整体纳米线组合来开发组件。相较于基于单纳米线的组件，统计上来看，纳米线组合的尺寸变化更少得多，因此，基于多纳米线的组件在大面积上较具有可接受的响应均匀度。

该研究团队还进行了一连串的实验，使用他们在实验室中开发和制造的印刷组件，将导线印刷到软性的表面上。经过一连串的实验后，他们成功地找到压力和速度的最佳组合，能够有效地一次又一次地印刷纳米线。

Dahiya教授补充说：“这篇论文象征着迈向新一代软性和印刷电子产品的重要里程碑。为了让未来的电子设备融合更多的灵活性于其设计中，业界需要更节能高效的电子组件，使其能更经济实惠地在较大表面积上进行生产。”

“随着这一发展，我们已经走了很长一段路才达到这样的成果。”Dahiya说：“这种接触式印刷系统让我们能够可靠地制造具有高可重复性的软性电子组件，并朝着创造各种可弯曲、软性且可扭曲的新设备迈出令人振奋的一步。”