,電子器件的核心部件是晶體管,它可以控制電流的開關和大小,從而實現各種計算和信號處理功能。目前,晶體管的主要材料是硅,因為它具有良好的半導體特性,可以在微觀尺度上制造出高性能的晶體管。然而,隨著電子技術的發(fā)展,硅晶體管也面臨著一些挑戰(zhàn),比如制造成本、能耗、環(huán)境影響等。因此,科學家們一直在尋找新的替代材料,以期打破晶體管的性能極限。
近日,瑞典皇家理工學院和林雪平大學的研究團隊合作,首次成功地使用導電木頭制造出了晶體管。這種晶體管不僅可以利用電流來控制電流,而且還具有可降解、可持續(xù)、低成本等優(yōu)點。這一創(chuàng)新成果發(fā)表在《自然?電子學》雜志上。
研究團隊選擇了巴沙木作為原料,因為它有著均勻而無紋理的結構。他們首先去除了木頭中的木質素,使其變得透明。然后,他們在木頭表面涂上了一層聚乙烯二噻吩聚苯乙烯磺酸鹽,一種導電高分子材料。最后,他們在木頭兩端分別加上了金屬電極,形成了一個完整的晶體管。
這種晶體管的工作原理是利用 PEDOT:PSS 層中的空穴來傳導電流。當外加電壓改變時,空穴的濃度也會改變,從而影響通過木頭的電流大小,這樣就實現了對電流的調節(jié)功能。
研究團隊測試了這種晶體管的性能,發(fā)現它可以在 1Hz 左右的頻率下工作。雖然這個頻率遠遠低于現代硅晶體管的水平,但對于一個 1 毫米長的通道來說,已經是非常令人印象深刻的結果了。而且,這種晶體管可以在 5 秒內關閉,在 1 秒內打開,顯示出良好的開關特性。
研究團隊表示,這種木制晶體管還有很大的改進空間,比如優(yōu)化結構、提高導電性、縮小尺寸等。他們認為,這種晶體管不會取代硅晶體管在高性能計算領域的地位,但可能在一些特定的應用場景中發(fā)揮作用。例如,在某些低功耗電的電子設備中,使用木制晶體管可以實現可降解、環(huán)保的目標。另外,這種晶體管也可能適用于一些特殊的電子顯示技術,比如智能玻璃、智能標簽、電子紙等,它們可以在極薄、柔性的形式下實現簡單的計算功能,并且只需要很少的電力。
此外,這項研究也為其他基于生物或植物的電子技術提供了啟示和借鑒。木制晶體管可能比一般的有機晶體管更能承受高電流的沖擊,從而提高了可靠性和穩(wěn)定性。
這項研究展示了木頭作為一種新型電子材料的潛力和前景,也為電子器件的材料革命開辟了新的道路。
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