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氢化非晶硅首次被制成电子光纤

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13 December 2011
fiber optics

这是一束在光纤孔里制作的氢化非晶体硅导线。这里,这些导线已经用化学方法从光纤里分离出来,所以能够看见。标尺是100微米。左上角插图为一组沉积到光 纤里的氢化非晶硅,这些光纤被切成两半露出里面的导管,围绕每根导管的细小的玻璃墙很难看清。它的标尺为5微米。图片来源:宾州州立大学的约翰·巴丁实验 室。

Note: The English-language version of this press release is available here.

据2011年12月13日的报道,来自美国和英国的科学家组成的研究小组发明了一项新的化学技术,这种技术能将非晶体状态的硅沉积到很长并且超细的光纤孔里。这种技术首次利用高压化学技术把这种特别的半导体硅制成成熟的薄膜和导线,能帮助科学家制成更柔软更高效的光纤。这项研究的国际小组带头人乔治·巴丁(John Badding)是宾州州立大学一名化学系的教授,相关的研究结果已于今年3月14日发表在《美国化学学会杂志》(Journal of the American Chemical Society)上。

氢化非晶硅,即非晶体状态下的硅是制作太阳能电池的一种理想材料,巴丁说道。氢化非晶硅同时也可用于制作光纤的导光核心。不过,把硅的化合物放入比人头发丝还细的光导纤维还是一个挑战。“以往,氢化非晶硅是用昂贵的实验装置等离子体反应腔制成”巴丁说,“这个反应腔使用的原材料是硅烷,一种硅氢化合物。我们的目的不仅是要找到一个更简单的用硅烷制作氢化非晶硅的途径,还要能把它制成光学纤维。”

由于传统的低压化学技术不能将氢化非晶硅沉积到纤维孔里,研究小组必须寻求另一种办法。“虽然低压等离子体反应装置的技术可以把氢化非晶硅沉积到大的基体表面上并制成太阳能电池,但它并不能把硅烷形态的分子压缩到光纤的细长导孔中”来自英国南安普敦大学另一名小组带头人的皮尔·萨奇奥(Pier J. A. Sazio)说,“窍门在于使用一种高压技术能将硅烷分子压缩到光纤里然后转化成氢化非晶硅。这种高压化学技术的独特性在于能把硅烷分解成有用的氢化形态的非晶硅,而不是低价值非氢化状态的非晶硅,后者在不用等离子反应腔的情况下经常得到。由于光纤非常小,这种情况下使用高压非常可行。”

非晶硅制作的光纤有很广泛的应用。比如,这种光纤能用在通讯装置上,甚至把激光转变成几种不同的红外线。红外线能用于提高外科手术技术、升级军队的干扰设备或者应用于化学感应工具比如监测污染物和自然环境中的毒素。小组成员们同时希望他们的研究能改善现有的太阳能电池技术。“我们研究最让人激动的地方在于首次让用氢化非晶硅制成光纤成为可能。而且,我们的技术也减少了生产成本,所以这对生产更便宜的太阳能电池也会有一定的帮助”巴丁说。

除了巴丁和萨奇奥,研究小组的其他成员包括宾州州立大学的Neil F. Barail、Rongrui He、Todd D.Day、Justin R. Sparks、Banafsheh Keshavarzi、Mahesh Krishna-murthi、Ali Borhan和Venkatraman Gopalan以及南安普森大学的Anna C. Peacock和Noel Healy。

该项研究的经费来自National Science Foundation、the Engineering and Physical Sciences Research Council和The Royal Academy of Engineering。

本文作者:卡特里娜·沃斯

联系人:

  • John Badding: 814-777-3054, jbadding@pearl.chem.psu.edu
  • Pier J.A. Sazio: 44-23-8059-3144, pjas@orc.soton.ac.uk
    Barbara Kennedy (责任编辑): 814-863-4682, science@psu.edu
  • 李懿昭(翻译):347-721-8748, yql5163@psu.edu

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