化学者は紙の裏紙にリサイクル可能なトランジスタを印刷します

ビデオ: 化学者は紙の裏紙にリサイクル可能なトランジスタを印刷します

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
ビデオ: 伊丹だより2018年10月8日号 市政情報「紙は資源です 紙のリサイクルをしよう!」 2023, 2月
化学者は紙の裏紙にリサイクル可能なトランジスタを印刷します
化学者は紙の裏紙にリサイクル可能なトランジスタを印刷します
Anonim
Image
Image

アメリカの科学者たちは、紙の裏紙にリサイクル可能なトランジスタを印刷しました。トランジスタのすべての部分は、無毒の炭素材料(ナノセルロース、カーボンナノチューブ、グラフェン)でできていました。このデバイスは、通常の湿度と温度で6か月間動作し、その後、カーボンナノチューブとグラフェンを溶解して、再び使用することができます。研究結果はジャーナルNatureElectronicsに掲載されています。

毎年5000万トン以上のあらゆる種類の電子機器を廃棄しており、ウェアラブルセンサーやスマートタトゥーの人気が高まるにつれ、問題はさらに深刻になります。結局のところ、そのようなデバイスの多くは使い捨てになります。電子廃棄物には、土壌や地下水を汚染する有毒金属やその他の物質が含まれていることがよくあります。そのため、科学者たちは、使用後に簡単に廃棄できる電子マイクロ回路の材料を探しています。

ノースカロライナ州のデュークス大学のアーロンD.フランクリンが率いるアメリカの科学者たちは、リサイクルが容易な電子機器に向けて大きな一歩を踏み出しました。彼らは、紙基板上に印刷できる薄膜トランジスタ(現代の電子機器の主要な構成要素の1つである電子信号を増幅またはスイッチングするためのデバイス)を開発しました。トランジスタは完全にカーボンベースのリサイクル可能な材料で構成されています。カーボンナノチューブ(CNT)が半導体として使用され、グラフェンが導電性接点として使用され、結晶性ナノセルロースが誘電体として使用されました。

トランジスタのすべての部分は、エアロゾル印刷によって従来の印画紙基板上に順次堆積された。最初に、2つのグラフェン電極(将来のトランジスタのソースとドレイン)が印刷され、その上にCNT層が適用されました。ワークピースをトルエンで洗浄し、完全に乾燥させ、誘電体であるナノセルロースの層を適用して、ソースとドレインを閉じました。最後に、3番目のグラフェン電極であるゲートが上部に印刷されました。すべての層は室温で印刷され、洗浄用のトルエンのみが摂氏80度に加熱されました。カーボンナノチューブとグラフェンの両方がすでに電子マイクロ回路の印刷に使用されているため、フランクリンと彼の同僚はこれらの層を適用するのに問題はありませんでした。しかし、著者らは初めてナノセルロース「インク」で絶縁層の印刷を行いました。

主な問題は、セルロースインクの粘度が高いことでした。これにより、印刷された液滴が互いに融合し、結果として得られる層にボイドが残ります。著者らはエアロゾル印刷のパラメータを変え、ナノセルロース層の合計30の異なるサンプルを印刷しました。モノリシック絶縁コーティングは、毎分45立方センチメートルのインクの塗布速度と6重量パーセントのナノセルロース濃度で達成されました。

Image
Image

薄膜トランジスタの特性。横軸:ゲート-ソース間電圧、縦軸:最大電流値、

新しいトランジスタの特性は、無機膜をベースにした従来のトランジスタとまったく同じであることが判明しました。得られたトランジスタに基づいて、乳酸用のモバイルセンサーが作成されました。これにより、2ミリモルを超える範囲で乳酸の濃度を定量的に測定できます。

結果として得られるデバイスは、通常の温度と湿度の条件下で最低6か月間持続します。完成したら、裏紙とセルロース絶縁体は簡単に堆肥にできますが、CNTとグラフェンは必要に応じてリサイクルできます。使用済みトランジスタを最初にトルエンに浸してCNT層を溶解し、次に蒸留水に浸してグラフェンを溶解するだけで十分です。 CNTとグラフェンの還元溶液で印刷された新しいデバイスは、新鮮な材料で作られたトランジスタとほぼ同じように機能します。著者らは、リサイクルされたグラフェンの導電率が低いことに関連して、電流の減少が最小限であることに注目しました。導電率の低下は、グラフェンインクの粘度の上昇が原因である可能性が高く、フランクリンと科学者は、インクの処方を少し変更することでこの問題を修正したいと考えています。

フランクリンと彼の同僚は、絶縁体としてセルロース複合材を使用しましたが、セルロースは圧電性でもあります。たとえば、多くの種類の木材は圧電特性が弱いです。今年の3月、スイスの科学者たちはこの効果を高める独自の方法を発見しました。彼らは木材をキノコの培養物で処理し、その組成にリグニンの一部を吸収しました。その結果、セルロース微結晶の相互変位が大きくなり、材料の圧電係数が増加しました。

トピックによって人気があります