众所周知,电子器件的核心部件是晶体管,它可以控制电流的开关和大小,从而实现各种计算和信号处理功能。目前,晶体管的主要材料是硅,因为它具有良好的半导体特性,可以在微观尺度上制造出高性能的晶体管。
然而,随着电子技术的发展,硅晶体管也面临着一些挑战,比如制造成本、能耗、环境影响等。因此,科学家们一直在寻找新的替代材料,希望能打破晶体管的性能极限。
【资料图】
近期,瑞典皇家理工学院和林雪平大学的研究团队在这方面取得了进展,首次成功地使用导电木头制造出了晶体管。这种晶体管不仅可以控制电流,而且还具有可降解、可持续、低成本等优点。最新研究成果已经发表在了《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
瑞典林雪平大学有机电子实验室的高级副教授Isak Engquist说,“我们提出了一个前所未有的原则。是的,木质晶体管是缓慢而笨重的,但它确实有效,并且具有巨大的发展潜力。”
研究人员指出,在之前的试验中,由木头制成的晶体管只能调节离子传输。当离子耗尽时,晶体管停止工作。然而,此次最新开发的晶体管可以连续工作并调节电流,而且还不会失效。
具体而言,该团队选择了巴沙木作为原料,因为它有着均匀而无纹理的结构。他们首先去除了木头中的木质素,使其变得透明。然后,他们在木头表面涂上了一层聚乙烯二噻吩聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS),一种导电高分子材料。最后,他们在木头两端分别加上了金属电极,形成了一个完整的晶体管。
他们解释称,这种晶体管的工作原理是利用PEDOT:PSS层中的空穴来传导电流。当外加电压改变时,空穴的浓度也会改变,从而影响通过木头的电流大小,这样就实现了对电流的调节功能。此外,这种晶体管可以在5秒内关闭,在1秒内打开,显示出良好的开关特性。
研究人员还称,这种木制晶体管还有很大的改进空间,比如优化结构、提高导电性、缩小尺寸等。他们认为,尽管这种晶体管不会完全取代硅晶体管在高性能计算领域的地位,但可能在一些特定的应用场景中发挥作用。例如,在某些低功耗电的电子设备中,使用木制晶体管可以实现可降解、环保的目标。
此外,这种晶体管也可能适用于一些特殊的电子显示技术,比如智能玻璃、智能标签、电子纸等,它们可以在极薄、柔性的形式下实现简单的计算功能,并且只需要很少的电力。
最后,这项研究也为其他基于生物或植物的电子技术提供了启示和借鉴。木制晶体管可能比一般的有机晶体管更能承受高电流的冲击,从而提高了可靠性和稳定性。
(来源:财联社)
标签:
要文