科学者らが世界初の木製電気トランジスタを発表 : ScienceAlert

木材は多くのことに適しています。 たとえば、箱、ボート、本棚などを作ります。 道具を作ったり、キャンプファイヤーをしたり。 シロアリに餌を与える。 そしてビーバーたち。

機能する電化製品に電力を供給することはその中に含まれていないことに気づくでしょう。

リンシェーピング大学とスウェーデンの王立工科大学KTHの研究者らは、木材の苦手なもののリストには明らかにあまり注意を払っていなかったので、世界初の木製トランジスタの製作に踏み切った。

率直に言っておきますが、この技術革新のチームは、木材が電流を通すのが非常に悪いという問題全体を回避するために、特別な材料を追加しました。 それが機能するとしても、次のスマートフォンの中にそれが見つかるとは期待しないでください。

「確かに、ウッドトランジスタは遅くてかさばりますが、実際に動作し、大きな開発の可能性を秘めています」とリンシェーピング大学の電気技術者イサク・エンクイスト氏は言う。

謙虚なトランジスタは、ほぼあらゆる電子技術の基本コンポーネントです。 ある電流が別の電流を流すことを制御する小さな「ゲート」として機能し、信号を増幅したり、一連のスイッチとしてデータを保存したり、連携して論理演算を実行したりできます。

これらすべてを実現できるのは、半導体材料自体に十分な電荷がある場合にのみ電流を流すことができる半導体材料の特性のおかげです。

最初のトランジスタは指先でバランスを取れるようなゴツゴツとした物体でしたが、それ以来、同じ空間に数百億個を詰め込む規模で構築されています。

木材は半導電性ではありません。 実際、植物繊維の炭水化物構成要素は、電子を道路に蹴り出すことに関しては、まったく頑固です。

この問題を回避する 1 つの方法は、木材を木炭の棒に減らし、電荷が転がり落ちる比較的純粋な炭素ハイウェイを残すことです。

しかし、木炭は実際には木材ではありません。それでは、何が楽しいのでしょうか?

エンクイストと彼のチームは、比較的強度が高く、密度が低く、均質な構造を持つ広葉樹バルサを使用して、その硬いリグニンを取り除き、残りの材料をポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)と呼ばれる混合電子イオン伝導性ポリマーで満たしました。 – ポリスチレンスルホン酸、または PEDOT:PSS。

専門的な話をすると、木材は乱雑なワイヤーの束のように、導電性材料のハウジングとして機能します。 このアイデアも新しいものではなく、研究者らは以前にも植物材料を電気化学物質や導電性物質の多孔質容器として使用するアイデアを検討していた。

Engquist は、バルサポリマーユニットの導電特性を分析する前に、リグニンの除去を最適化してポリマーが内部で動作するためのより効率的なチャネルを作成することを試みることで、この経験を構築しました。

研究チームは、電極とチャネルとして動作する数ミリメートルの厚さのユニットを積み重ねることで、かなり粗末なトランジスタを作成できることを発見した。 電圧がない場合、構造全体が開いていると見なされ、スイッチが「オン」位置に設定されます。 6 ボルトを注入すると、チャネルが電子で満たされ、ゆっくりとチャネルを絞って閉じ、スイッチを「オフ」位置にフリックします。

木製デバイスの電源をオフにするのに約 1 秒かかり、オンの位置に戻すには約 5 秒かかります。 コンピューター内のトランジスタがギガヘルツ単位で測定される速度で動作し、1 秒間に何千億回もオンとオフを繰り返すことを考えると、フォートナイトをプレイするのに十分な数のスティックを組み合わせるのを忘れることができます。

では、一体何の意味があるのでしょうか？

「私たちは特定の用途を念頭に置いてウッドトランジスタを作成したわけではありません」とエンクイスト氏は言う。

「私たちはできるからそれを行いました。これは基礎研究であり、それが可能であることを示しています。これが将来の応用につながるさらなる研究のきっかけとなることを願っています。」

高速計算はさておき、簡単に採取できる資源から作られた生分解性エレクトロニクスは、簡単に壊れる必要があるリモートセンサーや、環境内の動きによって駆動される目立たないデバイスに使用できる可能性があります。

これらは、木材が良いと考えられるもののほんの一部です。

この研究は PNAS に掲載されました。