Comme l'expliquent les chercheurs, Le silicium massif est cassant à température ambiante et ne devient ductile qu'à proximité de sa température de fusion d'environ 1400 °C. En revanche, le silicium nanométrique possède une très grande capacité de déformation qui permet une flexibilité à température ambiante. Cependant, le tissage de nanofils de silicium dans un matériau semblable à du papier a été difficile car il nécessite d'obtenir un alignement de verrouillage unique à l'aide de contrôles, méthodes de croissance sans catalyseur.

Ici, les chercheurs ont développé une méthode simple pour synthétiser des nanofils de silicium et les assembler dans l'alignement de verrouillage souhaité à l'aide d'un four à induction haute fréquence vertical. La poudre de SiO et le gaz Ar (servant de gaz vecteur) sont soufflés dans le four où ils sont rapidement chauffés à environ 1600 °C et y sont maintenus pendant 1 heure. La chaleur provoque la décomposition de la poudre de SiO en SiO 2 vapeur et particules de Si, les deux sont transportés par le gaz Ar vers une zone à basse température où ils se stratifient sous l'action de la gravité en raison de leurs différents poids moléculaires.

Comme plus de SiO 2 et Si sont transportés vers leurs emplacements, ils nucléent et se développent. Alors que le SiO 2 les dépôts forment un échantillon de poudre, les particules de Si forment des nanofils d'environ 10 nm de diamètre qui croissent dans le sens du flux gazeux. Au fur et à mesure que les nanofils de Si grandissent, ils s'emboîtent spontanément les uns dans les autres pour former un matériau de membrane autonome. Les images au microscope électronique à balayage montrent un très poreux, structure tissée, dont les pores peuvent potentiellement être remplis d'autres matériaux fonctionnels pour de nouvelles applications. Les tests ont également montré que le matériau FTS-SiNWsP avait une très bonne transmittance optique et pouvait se plier à plusieurs reprises sans se fissurer.

Pour démontrer comment ces nanofils de silicium tissés peuvent être utilisés pour créer des électrodes de batterie hautes performances, les chercheurs ont fait pousser du graphène à l'extérieur des nanofils de silicium dans une conception cœur-coque. Le graphène a également comblé les lacunes du matériau de nanofil de silicium tissé, enveloppant complètement le matériau. Après avoir fabriqué des batteries Li-ion à pile bouton en utilisant un film FTS-SiNWsP@graphene comme anode et Li comme cathode, les chercheurs ont montré que ces batteries ont de très bonnes performances, performantes proches de leur capacité théorique et maintenant une capacité supérieure à 1000 mAh/g après 100 cycles.

Le matériau FTS-SiNWsP a le potentiel pour de nombreuses applications en plus des électrodes de batterie, comme les cellules solaires flexibles, ordinateurs portables, présentoirs papier, et supercondensateurs. À l'avenir, les chercheurs prévoient de s'appuyer sur cette méthode de synthèse pour développer des matériaux de papier nanofil de silicium pour répondre à ces nouvelles demandes technologiques.

"Prochain, nous prévoyons d'effectuer la recherche d'application du matériau de papier de silicium dans les cellules solaires, " a dit Wang.

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