南京能柔大学队N貌工余林于形应用蔚教高性硅器综述料牛基件与集成程的 材性晶授团

近日，南京牛南京大学电子科学与工程学院余林蔚教授团队联合扬州大学刘宗光教授在国际著名期刊《纳微快报》[Nano-Micro Letters]期刊上发表了题为“Integrating Hard Silicon for High-Performance Soft Electronics via Geometry Engineering”的大学队N的高综述论文。该论文聚焦于几何形貌工程策略，余林应用将传统晶硅材料的蔚教高电学性能与柔性电子所需的柔韧性和拉伸性完美结合，开启高性能柔性电子的授团新篇章。

1、晶硅：柔性电子的基于晶硅集成未来之星

柔性电子因其能够在弯曲、拉伸和折叠等机械变形条件下正常工作，形貌性已广泛应用于可穿戴电子、工程人工皮肤、柔性脑机接口等前沿领域。器件传统的材料晶硅以其卓越的电学性能被广泛应用于各类高端电子产品中。然而，南京牛其固有的大学队N的高脆性限制了它在柔性电子领域的应用。研究人员通过采用先进的余林应用几何工程技术，包括“硅岛”设计、硅薄膜蚀刻以及硅纳米线（SiNWs）的几何设计，成功克服了这一障碍。尤其是基于平面固-液-固（IPSLS）策略的可编程SiNWs引导生长能力，为制备任意形状的SiNWs提供了可能，从而极大地提高了器件的柔韧性和拉伸性。

2、几何工程助力晶硅柔性化

论文从三维（3D）到二维（2D）再到一维（1D）三个层次系统回顾了晶硅柔性化的关键策略，包括：

• 3D：通过“硅岛”设计，在柔性衬底上局部化刚性硅，实现整体器件的柔性。
• 2D：减薄晶硅薄膜，采用折叠或波状结构，转换为具有柔性、可拉伸性的纳米薄膜。
• 1D：采用气-液-固（VLS）或平面固-液-固（IPSLS）SiNWs生长技术，制备柔性SiNWs器件。

通过这些策略，研究人员不仅有效提升了晶硅在柔性电子中的机械适应性，同时确保了其优异的电子性能，为高性能柔性电子器件的研发奠定了基础。

图1 晶硅柔性化的主要策略及其在柔性电子器件中的应用

3、硅纳米线：柔性电子的核心推动力

论文特别强调，SiNWs作为1D纳米材料，在柔性传感器、仿生电子、可穿戴设备、生物接口工程以及纳米/微机电系统（N/MEMS）等领域展现出巨大潜力。研究团队深入分析了硅纳米线在这些领域的最新应用进展，并探讨了未来研究的挑战和发展方向。

图2 柔性SiNWs晶体管

图3 柔性SiNWs太阳能电池

图4 柔性SiNWs应变传感器

图5 SiNWs生物探针

图6 生物界面探测

图7 柔性SiNWs纳米机电系统

4、推动柔性晶硅电子发展，迈向可持续未来

值得注意的是，相较于依赖高分子化学的柔性电子材料（如有机半导体），硅基柔性电子不仅具备更高的电性能和环境稳定性，同时其成熟的制造工艺和资源丰富性，使其成为实现高性能、低碳可持续柔性电子的理想选择。本综述为晶硅柔性电子的研究提供了全面的理论框架和前沿动态，为该领域的学术研究和产业应用提供了重要参考。未来，随着几何工程技术的不断优化，晶硅有望在柔性电子领域发挥更加重要的作用，助力下一代智能电子设备的发展。

南京大学电子科学与工程学院的博士生晏磊为文章第一作者，南京大学余林蔚教授、王军转教授、扬州大学刘宗光教授为文章共同通讯作者。研究工作受到国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金以及国家自然科学基金的资助。

论文信息：

Integrating Hard Silicon for High-Performance Soft Electronics via Geometry Engineering

Lei Yan, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang*, and Linwei Yu*.

Nano-Micro Letters

https://doi.org/10.1007/s40820-025-01724-1

前期相关工作：

1. Step-necking growth of silicon nanowire channels for high performance field effect transistors, Lei Wu, Zhiyan Hu, Lei Liang, Ruijin Hu^⁎, Junzhuan Wang^⁎, and Linwei Yu^⁎, Nature Communications, 2025, 16(1): 965.
2. Skin-Inspired Self-Aligned Silicon Nanowire Thermoreceptors for Rapid and Continuous Temperature Monitoring, Zongguang Liu, Rongrong Yuan, Shuyi Wang, Wei Liao, Lei Yan, Ruijin Hu, Jianmei Chen*, Linwei Yu*. Nano Letters, 2025.`
3. Lorentz Force-Actuated Bidirectional Nanoelectromechanical Switch with an Ultralow Operation Voltage, Dianlun Li, Jiang Yan, Ying Zhang, Junzhuan Wang^⁎, and Linwei Yu^⁎, Nano Letters,2024, 24(37): 11403-11410.
4. Ultracompact single-nanowire-morphed grippers driven by vectorial Lorentz forces for dexterous robotic manipulations, Jiang Yan, Ying Zhang, Zongguang Liu^⁎, Junzhuan Wang, Jun Xu and Linwei Yu^⁎, Nature Communications14, 3786 (2023).
5. Scalable Integration of High Sensitivity Strain Sensors Based on Silicon Nanowire Spring Array Directly Grown on Flexible Polyimide Films. Xiaopan Song, Yang Gu, Sheng Wang*, Junyu Fan, Junyang An, Lei Yan, Bin Sun, Junzhuan Wang, and Linwei Yu^⁎, Nano Letters, 2025.

课题组简介：https://ese.nju.edu.cn/ylw

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