激光热效应可用于柔性纤维器件组装
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。随着对织物类可穿戴电子产品需求的不断增加，多功能纤维状器件与智能纤维织物为其提供了一种新的解决方案。然而，柔性纤维内部各种功能材料的精确高效定位，连接与组装等难题阻碍了纤维器件的大规模应用。
为此，研究所储能研发中心与新加坡南洋理工大学研究人员合作提出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，组装了半导体异质功能结构，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。
研究人员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。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。该项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。该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该方法的适用范围。基于以上原理，该项研究获得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，证明了该方法的易用性与在光电，光伏，热电，储能等多个领域的广阔应用前景。
图一：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
该研究受到了中科院国际合作局国际合作伙伴计划（182211KYSB20170029）和中科院清洁能源先导科技专项（XDA21070200）的支持，相关成果近日发表于国际顶级综合类学术期刊Nature Communications（IF=11.878）上。（Nature Communications 10, 5206 (2019)）。
图二：基于激光微控方法的纤维内硅锗异质结制造
