Semiconductorii din lemn sunt la un pas de realitate. La ce ne ajută?

Semiconductorii din lemn nu sunt o idee atât de fantastică pe cât ar putea părea la prima vedere. Asta deoarece pereții celulari ai plantelor sunt făcuți dintr-un material numit celuloză care, încălzită la temperaturi mari în anumite condiții, poate fi făcută să conducă electricitatea.

Însă există o problemă cu acest nanomaterial regenerabil, care este o formă de nanohârtie. Procesul de ardere (numit și carbonizare) poate distruge cu ușurință structurile tridimensionale care ar face semiconductorii derivați din celuloză atât de folositori, scrie Interesting Engineering.

De aceea, noul proces dezvoltat de cercetătorii din Japonia este foarte important. Într-o lucrare publicată în ACS Nano, cercetătorii descriu un proces de tratament care face posibilă „încălzirea nanohârtiei fără a deteriora structurile acesteia de la scară nanometrică până la scară macro”.

Crearea structurilor tridimensionale și reglarea proprietăților electrice pentru semiconductorii din lemn

Cercetătorii care lucrează la semiconductorii din lemn s-au confruntat cu două provocări. În primul rând, procesul trebuie să permită producătorilor să „ajusteze” nanohârtia pentru a avea proprietăți electrice adecvate utilizării urmărite.

În al doilea rând, procesul trebuie să fie suficient de blând astfel încât producătorii să poată proiecta structuri cu o suprafață mare și mulți pori, în funcție de utilizare. Soluția a fost un proces în mai multe etape care oferă un control mare asupra produsului final.

„Am aplicat un tratament cu iod care a fost foarte eficient pentru protejarea nanostructurii nanohârtiei. Combinarea acestui lucru cu uscarea controlată spațial a însemnat că tratamentul cu piroliză nu a modificat substanțial structurile proiectate și temperatura selectată ar putea fi utilizată pentru a controla proprietățile electrice”, spune cercetătorul Hirotaka Koga, coautor al lucrării.

Primele teste au rezultate promițătoare

Cercetătorii au folosit noua tehnică pentru a crea două dispozitive demonstrative relativ simple.

Într-un caz, au folosit semiconductorul de nanohârtie ca senzor pentru a monitoriza fluxul de vapori de apă prin două tipuri diferite de măști. Atunci când a fost atașat la o mască lavabilă din pânză, senzorul a putut înregistra pulsurile care erau sincronizate cu expirațiile. Moleculele de apă din respirația purtătorului au scăzut temporar rezistența electrică a senzorului.

Atunci când a fost atașat la o mască chirurgicală, senzorul nu a înregistrat astfel de impulsuri. „S-a observat doar o scădere treptată a rezistenței senzorului, indicând captarea efectivă a vaporilor de apă a măștii chirurgicale”, au scris cercetătorii.

Atunci când cercetătorii au atașat semiconductorul de nanohârtie la o celulă de biocombustibil cu glucoză, materialul a demonstrat o densitate de putere de 14 ori mai mare decât cea a unei foi de grafit comerciale.

„Întreținerea structurii și reglabilitatea pe care le-am putut demonstra sunt foarte încurajatoare pentru integrarea nanomaterialelor în dispozitive practice. Credem că abordarea noastră va sprijini următorii pași în domeniul electronicii durabile realizate în întregime din materiale vegetale”, spune Koga.

Vă recomandăm să citiți și:

O nouă metodă purifică hidrogenul din amestecurile grele de monoxid de carbon

Interfața computerizată a permis unui pacient paralizat să comunice pentru prima dată

Cum ar putea schimba tehnologia modul în care interacționăm cu mâncarea?

Decarbonizarea construcțiilor. Cum reducem betonul folosit în clădiri pentru a micșora emisiile?