科学家研发超薄半导体纤维，将面料变成可穿戴电子产品

新加坡南洋理工大学的科学家们开发了超薄的半导体纤维，可以编织进布料中，将其转变为智能可穿戴电子产品。

为了创造可靠的半导体纤维，它们必须是柔韧的，并且没有缺陷，以确保信号传输的稳定。然而，现有的制造方法会导致应力和不稳定性，从而在半导体核心中产生裂缝和变形，对性能产生负面影响并限制其发展。

NTU科学家进行了建模和模拟，以了解制造过程中的应力和不稳定性是如何发生的。他们发现通过谨慎的材料选择和在纤维生产过程中采取特定的步骤，这一挑战可以得以克服。

他们成功地开发了机械设计，并成功制造出一百米长的毫米级无缺陷纤维，这表明了其市场可扩展性。而且这些新纤维可以使用现有方法编织进面料中。

为了证明他们的纤维具有高质量和功能性，NTU研究团队开发了原型。其中包括一个智能无边帽，用于帮助视障人士通过手机应用程序上的警报安全地过马路；一件衬衫，可以接收信息并通过耳机传输，就像博物馆的音频指南；以及一个手表，其表带作为柔性传感器，可以在用户进行体育活动时适应手腕，测量心率。

该团队认为他们的创新是半导体纤维发展领域的一个根本突破，这意味着它们具有超长寿命、耐用的特点，这使得它们成本效益高且可扩展，同时具有优异的电气和光电性能（即能够感知、传输和与光互动）。

# 制造半导体纤维

为了开发无缺陷的纤维，NTU团队选取了常见的半导体材料和合成材料配对--硅半导体芯片和二氧化硅玻璃管、锗芯片和铝硅酸盐玻璃管。这些材料是基于它们互相补充的属性进行选择的，包括热稳定性、电导率以及允许电流流经的能力（电阻率）。

接下来，科学家们将半导体材料（芯）插入玻璃管内，在高温下加热，直到管和芯软化，可以被拉成细长的连续线。

在实验室实验中，半导体纤维表现出了出色的性能。在接受响应测试时，这些纤维可以检测整个可见光范围，从紫外线到红外线，并且能够稳定地传输高达350千赫兹（kHz）带宽的信号，使其成为同类产品中的佼佼者。此外，这些纤维的强度是普通纤维的30倍。

Co-principal investigator, Distinguished University Professor Gao Huajian表示：“硅和锗是两种广泛使用的半导体，通常被认为是非常脆弱且容易断裂。制造超长半导体纤维证明了使用硅和锗制造柔性元件的可能性和可行性，为开发各种形式的柔性可穿戴设备提供了广阔空间。”

要展示在现实应用中的可行性，团队构建了智能可穿戴电子产品，使用他们新开发的半导体纤维。这些包括一个无边帽、一件毛衣和一只手表，它们可以检测和处理信号。

下一步，研究人员计划扩大纤维所使用的材料类型，并设计具有不同空心核心的半导体，例如长方形和三角形，以扩展它们的应用。