Bestfilez.net - новости мира Hi-tech
27.09.22  
Новости :: Наука и техника

Японские ученые разработали полупроводники из древесины

Новый метод карбонизации превращает целлюлозу, полученную из древесины, в подобие нанобумаги с электрическими свойствами и множеством полезных 3D-структурИдея создания полупроводников из древесины не так уж необычна, как кажется на первый взгляд. Все дело в том, что клеточные стенки растений состоят из материала под названием целлюлоза, а целлюлозу при определенных условиях можно заставить проводить электричество нагревая до относительно высоких температур.

Однако есть проблема с этим возобновляемым наноматериалом, который представляет собой разновидность нанобумаги. Этот процесс горения (называемый карбонизацией) может легко разрушить трехмерные структуры, которые делают полупроводники на основе целлюлозы такими полезными.
Вот почему новый процесс, разработанный исследователями из Японии, имеет большое значение. В статье, опубликованной во вторник в журнале ACS Nano, исследователи описывают процесс обработки, который позволяет "нагревать нанобумагу без повреждения структур бумаги от наномасштаба до макромасштаба".


Создание трехмерных структур и настройка электрических свойств


Исследователи, стоящие за этим прорывом, должны были найти баланс между двумя конкурирующими задачами. Во-первых, процесс должен позволить производителям "настроить" нанобумагу так, чтобы ее электрические свойства подходили для конкретного применения. Во-вторых, процесс должен быть достаточно мягким, чтобы производители могли создавать структуры с большой площадью поверхности и большим количеством пор, в зависимости от области применения. Решением стал многоступенчатый процесс, который обеспечивает большой контроль над конечным продуктом.
"Мы применили обработку йодом, которая оказалась очень эффективной для защиты наноструктуры нанобумаги. Сочетание этой обработки с пространственно контролируемой сушкой означало, что обработка пиролизом существенно не изменяла разработанные структуры, а выбранная температура могла использоваться для управления электрическими свойствами", - говорит материаловед Хиротака Кога, соавтор статьи.


a) Обжиг материала при различных температурах позволил исследователям создать широкий спектр свойств. (b) Примеры возможных трехмерных структур полупроводника в нано-, микро- и макромасштабах.

Первые испытания показали весьма обнадеживающие результаты


Исследователи использовали свою новую методику для создания двух относительно простых экспериментальных устройств. В первом случае они использовали нанобумажный полупроводник в качестве датчика для мониторинга потока водяного пара через два различных типа масок. Прикрепленный к моющейся маске из ткани, датчик регистрировал импульсы, синхронизированные с выдохами. Молекулы воды в дыхании пользователя временно снижали электрическое сопротивление датчика. Когда датчик был прикреплен к хирургической маске, он не регистрировал такие импульсы. "Наблюдалось лишь постепенное снижение сопротивления датчика, что свидетельствует об эффективном улавливании водяных паров хирургической маской", - пишут исследователи.
Когда исследователи прикрепили нанобумажный полупроводник к глюкозному биотопливному элементу, материал продемонстрировал плотность мощности в 14 раз выше, чем у коммерческого графитового листа.
"Сохранение структуры и возможность ее настройки, которые мы смогли продемонстрировать, очень обнадеживают в плане внедрения наноматериалов в реальные устройства", - говорит Кога. "Мы считаем, что наш подход станет основой для дальнейших шагов в создании устойчивой электроники, полностью изготовленной из растительных материалов".


Опубликовано 26.04.22

Новости Hi-tech
Яндекс.Метрика

sitemap sitemap.xml
Сайт сделан на SiNG cms © 2010-2020