Новости

Dec 28, 2023

Ученые только что представили первый в мире деревянный электрический транзистор

Дерево полезно для многих вещей. Строительные коробки, лодки и книжные шкафы для

Дерево полезно для многих вещей. Например, строительные коробки, лодки и книжные шкафы. Изготовление инструментов или разведение костров. Кормление термитов. И бобры.

Вы заметите, что питание функциональных электроприборов в их число не входит.

Исследователи из Университета Линчёпинга и Королевского технологического института KTH в Швеции явно никогда не обращали особого внимания на список вредных свойств древесины, поэтому они пошли дальше и изготовили первый в мире деревянный транзистор.

Честно говоря, команда, стоящая за инновацией, добавила специальный ингредиент, чтобы решить проблему плохого проведения тока древесиной. И хотя он работает, не ждите, что он появится в вашем следующем смартфоне.

«Да, деревянный транзистор медленный и громоздкий, но он работает и имеет огромный потенциал развития», — говорит инженер-электрик Исак Энгквист из Университета Линчепинга.

Скромный транзистор является фундаментальным компонентом практически любой электронной технологии. Функционируя как крошечные «ворота», которые контролируют поток одного тока посредством применения другого, он может усиливать сигналы, хранить данные в виде цепочки переключателей или работать вместе для выполнения логических операций.

Все это он может делать благодаря свойству полупроводниковых материалов, которое позволяет им проводить ток только тогда, когда они сами имеют достаточный заряд.

Если первые транзисторы представляли собой неровные предметы, которые можно было балансировать на кончике пальца, то с тех пор они были сконструированы в масштабе, вмещающем десятки миллиардов в одно и то же пространство.

Дерево не является полупроводником. На самом деле, углеводные строительные блоки растительных волокон совершенно упрямы, когда дело доходит до вытеснения электронов.

Один из способов обойти эту проблему — превратить древесину в кусок древесного угля, оставив относительно чистый углеродный канал, по которому может течь электрический заряд.

Но древесный уголь на самом деле не дерево, так что же в этом интересного?

Используя бальзу лиственных пород из-за ее относительно высокой прочности, низкой плотности и однородной структуры, Энгквист и его команда очистили ее от жесткого лигнина и наполнили оставшийся материал полимером со смешанной электронно-ионной проводимостью, называемым поли(3,4-этилендиокситиофеном). – полистиролсульфонат или PEDOT:PSS.

Если говорить технически, древесина действует скорее как корпус для проводящего материала, как беспорядочный пучок проводов. Идея также не нова: исследователи ранее изучали идею использования растительного материала в качестве пористого контейнера для электрохимических и проводящих веществ.

Энгквист опирался на этот опыт, пытаясь оптимизировать удаление лигнина, чтобы создать более эффективный канал для работы полимера, прежде чем анализировать проводящие свойства блока бальза-полимер.

Собрав блоки толщиной в миллиметр, которые работали как электроды и каналы, команда обнаружила, что можно создать довольно грубый транзистор. При отсутствии напряжения всю конструкцию можно считать разомкнутой, а переключатель установлен в положение «включено». Подайте напряжение 6 вольт, и канал наполнится электронами, которые медленно закроют канал и переведут переключатель в положение «выключено».

Выключение деревянного устройства занимает около 1 секунды, а возвращение его во включенное положение — примерно 5 секунд. Учитывая, что транзисторы в вашем компьютере работают со скоростью, измеряемой гигагерцами (включаясь и выключаясь сотни миллиардов раз в секунду), вы можете забыть собрать вместе достаточно палочек, чтобы играть в Fortnite.

Так в чем же смысл, спросите вы?

«Мы создавали деревянный транзистор не с расчетом на какое-то конкретное применение», — говорит Энгквист.

«Мы сделали это, потому что могли. Это фундаментальное исследование, показывающее, что это возможно, и мы надеемся, что оно вдохновит на дальнейшие исследования, которые могут привести к приложениям в будущем».

Помимо быстрых вычислений, биоразлагаемая электроника, изготовленная из легко добываемых ресурсов, может быть использована в удаленных датчиках, которые должны выводить из строя легко и незаметно устройства, приводимые в действие движениями в окружающей среде.