七院院士，最新Nature：高性能柔性纤维问世，可穿戴电子新突破！

新加坡南洋理工大学的魏磊教授、七院院士高华建教授，以及中科院苏州纳米所的张其冲和中科院深圳先进技术研究院的陈明，共同发表了一篇关于高性能半导体纤维的最新研究成果。这篇题为“High-quality semiconductor fibres via mechanical design”的论文发表在了《Nature》杂志上。

这项研究展示了一种全新的方法，通过将微型半导体元件送入拉纤机，制造出连续的高性能柔性纤维。这种纤维具有感应、通信和互动的能力，可以广泛应用于各种场景，如盲人感知交通信号灯的变化，或者在博物馆中作为导游等。

图 1. 半导体光电光纤的设计和制造

为了实现这一目标，研究人员首先对制造过程进行了详细的力学分析，以确定引起断裂的应力源。他们发现，玻璃的粘性和金属丝的熔点不匹配会导致纤芯产生应力，材料的热膨胀率不同也会产生应力。通过选择正确的材料组合，可以缓解这两个问题。例如，硅芯与超韧硅玻璃制成的包层配合使用效果很好，而锗芯与铝硅酸盐玻璃包层配合使用效果更好。

图 2. 熔芯法中的应力分析和毛细管不稳定性

经过这种方法制造出的光纤无断裂且质量上乘。然后，将半导体芯与导电线一起放入聚合物管中，再次加热并拉成可长达数百米的柔性纤维。这种纤维具有p-n结的形式，可以将光信号转换为电流，是现代电子器件的基本组成部分。

图 3. 光电纤维、织物和代表性应用

作者还展示了该纤维在多种设备中的应用。例如，将纤维编织成一顶帽子，用于感知交通灯信号；将纤维编织成毛衣，用作光保真(Li-Fi)设备；还将纤维编织成灵活的腕带，性能优于类似的心率监测设备。

这项技术的另一个关键优势是它的工业就绪性。制造纤维的仪器包括一个纤维牵引装置，该装置用于生产电信行业的商用光纤。一旦纤维生成，就可以使用纺织业已经广泛使用的工具将其编织成织物。

这项研究成果是将微型计算机嵌入日常服装的一个飞跃。未来一个令人兴奋的方向是为纤维配备更复杂的器件，如晶体管，并提高这些功能元件的密度。这将拓宽纤维的电子和光电应用范围。

总之，这项工作让人们能够想象新一代的智能纤维和织物，它们能够让个人与周围环境无缝连接，让他们的日常体验完全身临其境。