作者:李木子 来源: 中国科学报 发布时间:2023-4-26
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让晶体管长在树上

 

由巴沙木制成的木制晶体管。图片来源:Van Chinh Tran

本报讯 一种由导电木材制成的电气开关,可能成为未来嵌入树木和其他植物的电子设备的基石。相关研究成果近日发表于美国《国家科学院院刊》。

瑞典林雪平大学的Isak Engquist说:“有一个新兴研究领域叫电子植物,科学家正研究在植物内部发送信号,或将传感器等功能整合到植物中。”

Engquist和同事开发了一种相当于晶体管的木头—— 一种可以增强电流或作为电信号开关的电子元件。一枚指甲大小的计算机芯片包含数十亿个由硅等半导体材料制成的微型晶体管。每一个半导体晶体管每秒可以开关数十亿次。与硅晶体管相比,木制晶体管要大得多,每个长3厘米。它们的开关速度也要慢得多,只能在大约1秒内关闭、5秒内打开。

但事实证明,木制晶体管在农业或林业的某些电子应用中更具可持续性和生物相容性,比如监测植物对环境压力和气候变化的抵抗力。

为了制造木制晶体管,Engquist和同事使用了加热和化学方法从巴沙木中去除木质素(木材和植物中的有机结合物质)。这个过程释放了被称为管腔的天然管道网络内部和之间的空间,这些管道负责在木材中运输水分。

然后,他们将木材浸入含有导电聚合物的溶液中,让聚合物浸入木材并覆盖在管腔上。这就创造出能够与电解质相互作用的导电木材。电解质是一种溶解在水中的导电化学物质,是制造木制晶体管的基础。

研究人员在多次开关测试中演示了木制晶体管的操作。该团队最初尝试了几种类型的木材,包括桦树和白蜡树。但事实证明,巴沙木具有应用这种方法的理想特征,包括在去除木质素后保持结构完整性,较好地吸收导电聚合物,并且木材在夏季和冬季之间没有显著的季节差异。

Engquist说,研究人员最终可能会种植出含有聚合物的导电木材。这可能涉及使用不同的导电聚合物渗透木材,而不必首先去除木质素。

“最有可能的是每一块木头或每一株植物都包含几个木质电化学晶体管,而且这些晶体管都是毫米大小的。”Engquist说。(李木子)

相关论文信息:

http://doi.org/10.1073/pnas.2218380120

《中国科学报》 (2023-04-26 第3版 领域)
 
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