5 月 2 日消息,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,以期打破晶体管的性能极限。
近日,瑞典皇家理工学院和林雪平大学的研究团队合作,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利用电流来控制电流,而且还具有可降解、可持续、低成本等优点。这一创新成果发表在《自然・电子学》杂志上。
研究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。
这种晶体管的工作原理是利用 PEDOT:PSS 层中的空穴(IT之家注:缺少电子的位置)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。
研究团队测试了这种晶体管的性能,发现它可以在 1Hz 左右的频率下工作。虽然这个频率远远低于现代硅晶体管的水平,但对于一个 1 毫米长的通道来说,已经是非常令人印象深刻的结果了。而且,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。
研究团队表示,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,这种晶体管不会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。另外,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。
此外,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。
这项研究展示了木头作为一种新型电子材料的潜力和前景,也为电子器件的材料革命开辟了新的道路。
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