Nature Commun.: 实现光纤内微颗粒处理和设备组装学术资讯

来源：纳米人

第一作者：Jing Zhang (张晶) 博士

通讯作者：Lei Wei (魏磊) 教授

通讯单位：新加坡南洋理工大学

研究亮点：

1. 发明了一个普遍适用的在纤维内部精确操纵微粒的新方法，对微粒的移动方向、速度和每次移动微粒的数目均可以进行调控。

2. 对激光引入的纤维内热流动机理进行的原理建模与仿真研究，证明马兰戈尼效应是引起这一现象的根本原因，利用实验对建立的理论模型进行了验证，结果显示了本模型的正确性。

3. 展示了在纤维内操纵半导体材料微粒的过程，并利用这一方法在纤维内部成功制造得到了双微粒半导体同质结与异质结，揭示了本研究在半导体功能纤维领域的广阔前景。

研究背景

近年来，基于多功能纤维材料科技的快速发展，越来越多种类的纤维具备了传感、光电转换、能量收集及储存的功能性。伴随着柔性可穿戴电子设备需求的不断增加，多功能纤维状器件与功能纤维织物为其提供了一种新的解决方案。

成果简介

有鉴于此，新加坡南洋理工大学魏磊教授团队联合中国科学院工程热物理研究所张挺研究员报道了一种新型的基于激光热效应的纤维内微粒精确操控技术，突破了纤维材料不利于进行内加工的固体特性，实现了固体内微粒的精准移动及控制，为制备复杂而高效的纤维内功能结构与器件提供了新思路。

图1. 用于纤维内精确定向移动微粒和功能结构装配的激光微控方法。

要点1：二氧化碳激光器精密调控固态纤维材料内物质固有位置

通过二氧化碳激光器的精准加热，首先将固态的纤维材料转换为液态，并在纤维内部产生可精密调控的马兰戈尼热流动。因此，纤维内集成的微粒可以伴随着纤维材料的热流动改变位置，并可以通过调制激光控制微粒移动的方向和速度。这一研究突破了固态纤维材料内物质固有位置无法精密调控的难题，使利用纤维内部物质组合构造更加复杂的功能结构器件成为可能。值得一提的是，本方法利用流体为载体对微粒进行操控，对微粒的结构、组成材料、尺寸、数目并无选择性，这一特性极大的扩展了本方法的适用范围。本研究基于这一原理，展示了在纤维中利用半导体材料微粒制造同质结与异质结的方法，证明了本方法的易用性与在多个领域广阔的应用前景。

图2. 基于激光微控方法的纤维内硅/锗异质结制造。

小结

综上，作者提出了一种在固态材料纤维中利用激光与材料的相互作用，进行物质操纵的新方法，实现了微粒的移动与半导体功能结构的制造。本方法突破了固态纤维材料内物质固有位置无法精密调控的难题，为发展具有更复杂结构的新型功能纤维提供了一种纤维内加工的新方案。

参考文献

Zhang,J., Wang, Z., Wang, Z. et al. In-fibreparticle manipulation and device assembly via laser induced thermocapillaryconvection. Nature Communications 10, 5206 (2019).

DOI:10.1038/s41467-019-13207-0

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13207-0

来源：nanoer2015 纳米人

原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUxMDg4NDQ2MQ==&mid=2247511466&idx=3&sn=06888510cedeb153f03aa1a85794a7e0&chksm=f97ec2a8ce094bbe99b21a7a7b00eff058e15de4d5ebf85f3f10bbc0e1fe7e3d23ccc92c5faa&scene=27#wechat_redirect

电话：（010）86409582

邮箱：kejie@scimall.org.cn