हरी घास वाली खुली जगह में, सिंगापुर में नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के दो शोधकर्ताओं ने बर्फ-सफेद कपड़े का एक टुकड़ा प्रदर्शित किया जो 13.5 मीटर लंबा, 0.6 मीटर चौड़ा और 1 मिलीमीटर मोटा था। कपड़े का यह टुकड़ा, जो सामान्य दिखता है, वास्तव में सामान्य से कुछ भी अधिक है। यह फोटोइलेक्ट्रिक सेंसिंग कपड़े का एक टुकड़ा है, जो बालों की तरह पतले फाइबर सामग्री से "बुना" जाता है। उम्मीद है कि इस कपड़े से बनी टोपियां और कपड़े मोबाइल फोन, टैबलेट और स्मार्ट घड़ियों जैसे स्मार्ट उपकरणों की जगह ले लेंगे।
1 फरवरी को, नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर वेई लेई के नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय संयुक्त टीम ने नेचर में एक पेपर प्रकाशित किया, जिसमें बताया गया कि कैसे अल्ट्रा-लॉन्ग निरंतर उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन जर्मेनियम फाइबर सामग्री के साथ "बुना हुआ" कपड़े का टुकड़ा बनाया गया था।
फोटोइलेक्ट्रिक सेंसिंग कपड़ा 13.5 मीटर लंबा, 0.6 मीटर चौड़ा और 1 मिमी मोटा। फोटो साक्षात्कारकर्ता द्वारा प्रदान किया गया
ऐसी सामग्री की तलाश है जो "लचीली और फैलने योग्य" हो
भंगुर पदार्थों को मुलायम बनाना और यहां तक कि कपड़े बुनने में सक्षम बनाना वेई लेई की टीम के शोध निर्देशों में से एक है।
"मोबाइल फोन, कंप्यूटर, स्मार्ट घड़ियों और अन्य उपकरणों के लिए आज का चिप निर्माण सिलिकॉन सामग्रियों से अविभाज्य है। सिलिकॉन सामग्रियों के लोकप्रिय होने से पहले, जर्मेनियम एक क्लासिक सामग्री थी जिसका उपयोग इतिहास में पहला ट्रांजिस्टर बनाने के लिए किया जाता था।" पेपर के सह-प्रथम लेखक और नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी में पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता वांग ज़िक्सुन ने कहा कि इन दोनों सामग्रियों में प्रचुर मात्रा में प्राकृतिक भंडार और उत्कृष्ट विद्युत गुण हैं, लेकिन वे भंगुर सामग्रियां हैं जिन्हें "साबुत रहने की तुलना में टूट जाना बेहतर है", और उनके साथ बने चिप्स को तोड़ना बहुत आसान है।
अध्ययनों में पाया गया है कि यद्यपि सिलिकॉन और जर्मेनियम द्वारा प्रस्तुत अकार्बनिक अर्धचालक सामग्री चिप निर्माण के लिए अपरिहार्य प्रमुख सामग्री बन गई हैं, क्योंकि इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग लचीलेपन की नई प्रवृत्ति को अपनाता है, इन अर्धचालकों की आंतरिक भंगुरता सामग्री वैज्ञानिकों के लिए चुनौतियां लेकर आई है।
इन अर्धचालक सामग्रियों को "लचीला, फैलने योग्य, नरम और उपयोग में आसान" बनाने के लिए, हाल के वर्षों में, अंतरराष्ट्रीय अकादमिक हलकों ने आयामीता को कम करने के लिए कुछ समाधान प्रस्तावित किए हैं।
शोध में भाग लेने वाले जिलिन विश्वविद्यालय के प्रोफेसर वांग झे ने बताया कि आयामीता को कम करने का अर्थ है बेहद छोटे त्रि-आयामी आयामों के साथ सिलिकॉन "डॉट्स" (शून्य-आयामी नैनो-सिलिकॉन) का उपयोग करना और इसे शून्य-आयामी रूप के रूप में माना जा सकता है, जो भंगुर और कठोर सामग्रियों के लचीलेपन को प्राप्त करने के लिए एक नरम और कठोर क्रॉस-लिंक्ड नेटवर्क बनाने के लिए लचीले सब्सट्रेट पर एक सरणी में वितरित किया जाता है; या वेफर की मोटाई को कम करना और एक फ्लैट (द्वि-आयामी नैनो-सिलिकॉन) सिलिकॉन फिल्म प्राप्त करने के लिए यांत्रिक क्षति को निष्क्रिय करना जिसे मोड़ा जा सकता है।
"वर्तमान में, अकादमिक समुदाय में एक-आयामी (एक-आयामी नैनोसिलिकॉन) सेमीकंडक्टर फाइबर पर अपेक्षाकृत कम शोध हुआ है। मुख्य कारण यह है कि तैयारी बेहद कठिन है।" वेई लेई ने कहा कि बड़े पैमाने पर काफी लंबाई और उच्च उपज के साथ दरार-मुक्त अर्धचालक फाइबर का लगातार निर्माण कैसे किया जाए, यह एक प्रमुख चुनौती है।
बुना हुआ फोटोइलेक्ट्रिक सेंसिंग कपड़ा निकलता है
यद्यपि वैज्ञानिकों ने माइक्रो-डाउन-ड्रा विधि जैसे पिघलाव से क्रिस्टल विकास विधियों की खोज की है, अर्धचालक फाइबर की तैयारी में अभी भी कुछ प्रमुख समस्याएं आ रही हैं।
वांग ज़िक्सुन ने पेश किया कि फ़्यूज्ड कोर थर्मल ड्राइंग विधि एक ऐसी विधि है जो ग्लास ऑप्टिकल फाइबर के उत्पादन की विधि को थोड़ा बदल देती है और इसका उपयोग बहु-सामग्री फाइबर के निर्माण के लिए किया जाता है। इस विधि में कम लागत, उच्च गति और लंबे फाइबर की विशेषताएं हैं। फाइबर खींचने की गति दसियों या यहां तक कि सैकड़ों मीटर प्रति मिनट तक पहुंच सकती है, और एक फाइबर की ड्राइंग लंबाई किलोमीटर के स्तर तक पहुंच सकती है। हालाँकि, मेल्ट-कोर थर्मल ड्राइंग द्वारा उत्पादित अर्धचालक फाइबर में अक्सर असमान आकार और बार-बार कोर फ्रैक्चर जैसे दोष होते हैं, जो उनके व्यावहारिक अनुप्रयोग को सीमित करते हैं।
"अर्धचालक फाइबर की उत्पादन समस्याओं को हल करने के लिए, कोर हॉट ड्राइंग विधि एक संभावित विधि है, लेकिन इसमें मूल रूप से दोष उत्पन्न करने के तंत्र को समझने और स्रोत से समस्या को हल करने की आवश्यकता है।" अध्ययन में भाग लेने वाले सूज़ौ इंस्टीट्यूट ऑफ नैनोटेक्नोलॉजी और चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के नैनोबायोनिक्स के एक शोधकर्ता झांग किचोंग ने चाइना साइंस जर्नल को बताया कि टीम के सदस्यों ने अपने संबंधित पृष्ठभूमि लाभों को जोड़ा और पारंपरिक सोच को तोड़ दिया। बुनियादी विज्ञान से शुरू करके और प्रयोगात्मक सत्यापन के साथ मिलकर, उन्होंने चरणों में कोर हॉट ड्राइंग विधि में विभिन्न भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं को संक्षेप में प्रस्तुत किया, और फाइबर तैयारी में प्रमुख तरल और ठोस यांत्रिकी मुद्दों को स्पष्ट किया।
एक सैद्धांतिक मॉडल की स्थापना से लेकर सेमीकंडक्टर फाइबर की सफल ड्राइंग तक, इस अंतरराष्ट्रीय संयुक्त टीम ने मेल्ट कोर थर्मल ड्राइंग विधि के व्यवस्थित नियमों को सत्यापित किया और सेमीकंडक्टर फाइबर पर आधारित बुने हुए फोटोइलेक्ट्रिक सेंसिंग फैब्रिक के दैनिक अनुप्रयोग का प्रदर्शन किया। "इस तरह के सेंसिंग कपड़े को एक टोपी, कपड़े के टुकड़े में सिल दिया जा सकता है, या एकल फाइबर (एक-आयामी नैनोसिलिकॉन) के रूप में एक जटिल आकार की सतह से जोड़ा जा सकता है, ताकि परिवेश प्रकाश, इनडोर ऑप्टिकल संचार, स्वास्थ्य प्रबंधन और यहां तक कि गहरे समुद्र में वायरलेस संचार की निरंतर निगरानी जैसे चरम वातावरण में विभिन्न व्यावहारिक अनुप्रयोगों को प्राप्त किया जा सके।" शेन्ज़ेन इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड टेक्नोलॉजी, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के एक सहयोगी शोधकर्ता चेन मिंग ने कहा, जिन्होंने शोध में भाग लिया।
प्रत्येक "बाल" में बहुत अधिक संभावनाएं होती हैं
सिलिकॉन और जर्मेनियम इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में परिपक्व और व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रतिनिधि सामग्री हैं। इनसे बने सेमीकंडक्टर फाइबर का एक महत्वपूर्ण लाभ है - वे मौजूदा तकनीक और प्रक्रियाओं के अनुकूल हैं।
झांग किचोंग ने कहा कि फोटोइलेक्ट्रिक सेंसिंग इस सिलिकॉन जर्मेनियम फाइबर सामग्री के अनुप्रयोग का केवल एक छोटा सा हिस्सा है, और सामग्री में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं। भविष्य में, सौर सेल, तापमान, दबाव और अन्य सिग्नल सेंसिंग, डेटा भंडारण, और यहां तक कि एकीकृत सर्किट और माइक्रोप्रोसेसर सभी को इन "बालों" पर एकीकृत किया जा सकता है और लोगों के जीवन की गुणवत्ता में सुधार के लिए दैनिक कपड़ों में बुना जा सकता है।
"आज, हमने प्रयोगशाला में उच्च गुणवत्ता वाले सिलिकॉन और जर्मेनियम सेमीकंडक्टर फाइबर सामग्री का बड़े पैमाने पर उत्पादन हासिल कर लिया है, लेकिन व्यापक अनुप्रयोगों को प्राप्त करने में हमें अभी भी चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।" वेई लेई ने कहा कि फाइबर आकृति विज्ञान के दृष्टिकोण से, वर्तमान आकार एकल है। वास्तविक अनुप्रयोगों में, विभिन्न उपकरणों को अलग-अलग आकार या कुछ आंतरिक संरचनाओं वाले फाइबर की आवश्यकता हो सकती है; सामग्री के परिप्रेक्ष्य से, तीसरी और चौथी पीढ़ी के अर्धचालक सामग्रियों की फाइबराइजेशन तैयारी की और खोज की आवश्यकता है।
झांग किचोंग ने खुलासा किया कि भविष्य में, संयुक्त अनुसंधान टीम उत्पादन और तैयारी में समस्याओं को संयुक्त रूप से हल करने के लिए बहुक्रियाशील फाइबर सामग्रियों का अध्ययन करेगी, जिससे लोगों को अंडरवियर जैसे स्मार्ट उपकरण ले जाने की अनुमति मिलेगी।