工学：機械的設計による高品質半導体ファイバー

ファイバー技術における最近の飛躍的進歩によって、機能性材料を緊密な界面で一体化して、特定の形状の単一ファイバーを作ることが可能になり、例えばセンサー、アクチュエーター、環境発電とエネルギー貯蔵、ディスプレイ、ヘルスケア機器として働く、大面積にわたる多様な機能性が得られている。半導体は、デバイス性能を左右する重要な要素であり、ファイバー内の半導体の選択・制御・操作は、高性能な機能性ファイバーを実現する重要な手段である。しかし、高歩留まりファイバー熱延伸における応力発生と毛管不安定性に起因して、半導体コアにおける亀裂と変形の両方が、こうしたファイバーの性能に大きな影響を及ぼす。今回我々は、粘性流、コア結晶化、その後の冷却段階というファイバー形成の3つの段階における応力発生と毛管不安定性に関する研究を指針とした、極めて長く亀裂や乱れのない半導体ファイバーを実現する機械的設計について報告する。露出させた半導体ワイヤーはその後、明確な界面で金属電極と一体化させて単一のフレキシブルファイバーを作ることができ、これによってオプトエレクトロニクスファイバーや大規模なオプトエレクトロニクス織物が実現できる。今回の成果は、従来のプラットフォームでは実現できない形状を用いた極限力学と流体力学に関する基本的な知見をもたらし、フレキシブルオプトエレクトロニクスやウエアラブルオプトエレクトロニクスの需要の増大に本質的に対処するものである。

目次へ戻る