Η ιδέα της κατασκευής ημιαγωγών από ξύλο δεν είναι τόσο παράξενη όσο ακούγεται. Τα κυτταρικά τοιχώματα των φυτών αποτελούνται από την κυτταρίνη, η οποία μπορεί να γίνει αγωγός του ηλεκτρισμού όταν θερμανθεί σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες και υπό ορισμένες συνθήκες. Η κυτταρίνη είναι ο κυριότερος πολυσακχαρίτης που απαντάται στον πλανήτη Γη. Συγκροτεί τους φυτικούς ιστούς και βρίσκεται σε ποσοστό συνήθως από 33% έως 50% στη μάζα τους.
Υπάρχει όμως ένα πρόβλημα με αυτό το ανανεώσιμο νανοϋλικό, το οποίο είναι μια μορφή νανοχαρτιού. Αυτή η διαδικασία καύσης – που ονομάζεται απανθράκωση – μπορεί εύκολα να καταστρέψει τις τρισδιάστατες δομές που θα έκαναν τους ημιαγωγούς που προέρχονται από κυτταρίνη, τόσο χρήσιμους.
Ωστόσο, ερευνητές στην Ιαπωνία ανέπτυξαν μια νέα διαδικασία που ίσως δώσει τη λύση σε αυτό το πρόβλημα. Στη μελέτη που δημοσίευσαν στο «ACS Nano», οι ερευνητές περιγράφουν μια διαδικασία επεξεργασίας κατά την οποία το νανοχαρτί θερμαίνεται χωρίς να καταστραφούν οι δομές του από τη νανοκλίμακα μέχρι τη μακροκλίμακα.
Σχεδιασμός τρισδιάστατων δομών και ρύθμιση ηλεκτρικών ιδιοτήτων
Οι ερευνητές έπρεπε να αντιμετωπίσουν δύο προκλήσεις. Πρώτον, η διαδικασία πρέπει να επιτρέπει στους κατασκευαστές να «συντονίζουν» το νανοχαρτί ώστε να έχει ηλεκτρικές ιδιότητες, κατάλληλες για τη συγκεκριμένη εφαρμογή. Δεύτερον, η διαδικασία πρέπει να είναι αρκετά ήπια ώστε οι κατασκευαστές να μπορούν να σχεδιάζουν δομές με μεγάλη επιφάνεια και πολλούς πόρους.
«Εφαρμόσαμε μια επεξεργασία με ιώδιο που ήταν πολύ αποτελεσματική στην προστασία της νανοδομής του νανοχαρτιού. Αυτό, σε συνδυασμό με τη χωρικά ελεγχόμενη ξήρανση, σημαίνει ότι η επεξεργασία πυρόλυσης δεν αλλοίωσε ουσιαστικά τις σχεδιασμένες δομές και ότι η επιλεγμένη θερμοκρασία μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο των ηλεκτρικών ιδιοτήτων», ανέφερε ο Χιροτάκα Κόγκα, Επιστήμονας Υλικών και συν-συγγραφέας της μελέτης.
Οι πρώτες δοκιμές έδειξαν ελπιδοφόρα αποτελέσματα
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη νέα τεχνική για να δημιουργήσουν δύο σχετικά απλές συσκευές. Στη μία περίπτωση, χρησιμοποίησαν τον ημιαγωγό από νανοχαρτί ως αισθητήρα, για την παρακολούθηση της ροής των υδρατμών μέσω δύο διαφορετικών τύπων μάσκας. Όταν ο ημιαγωγός προσαρτήθηκε σε μια υφασμάτινη μάσκα, ο αισθητήρας ήταν σε θέση να καταγράφει παλμούς που συγχρονίζονταν με τις εκπνοές. Τα μόρια νερού στην αναπνοή του χρήστη μείωναν προσωρινά την ηλεκτρική αντίσταση του αισθητήρα. Όταν ήταν προσαρτημένος σε χειρουργική μάσκα, ο αισθητήρας δεν κατέγραφε τέτοιους παλμούς.
«Παρατηρήσαμε μόνο μια σταδιακή μείωση της αντίστασης του αισθητήρα, γεγονός που αποδεικνύει την αποτελεσματική δέσμευση των υδρατμών στη χειρουργική μάσκα», έγραψαν οι ερευνητές.
Όταν η ομάδα προσάρμοσε τον ημιαγωγό από νανοχαρτί σε μια κυψέλη βιοκαυσίμου γλυκόζης, το υλικό επέδειξε πυκνότητα ισχύος 14 φορές υψηλότερη από εκείνη ενός εμπορικού φύλλου γραφίτη.
«Πιστεύουμε ότι η προσέγγισή μας θα καθοδηγήσει τα επόμενα βήματα στα βιώσιμα ηλεκτρονικά συστήματα που κατασκευάζονται εξ ολοκλήρου από φυτικά υλικά», δήλωσε ο Κόγκα.
ΠΗΓΗ: Interesting Engineering
www.ertnews.gr
Εύη Τσιριγωτάκη