Er is een cellulosetransistor gemaakt die al biocompatibel is.

Elektronica

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 7 augustus 2025

(a) Microfoto van de cellulosetransistor. (b) Moleculaire structuur van cellulose (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) - groen is koolstof, roze is zuurstof en lichtblauw is waterstof. [Afbeelding: Mikio Fukuhara et al. - 10.1063/5.0279007 ]

Houten elektronica

De transistor is een van de meest fundamentele bouwstenen van de moderne elektronica, de basiscomponent van alle computers, mobiele telefoons en andere elektronische apparaten. Bijna alle transistors zijn gemaakt van silicium, een kleiner aantal van germanium, en pas sinds kort worden transistors gemaakt van organische halfgeleiders , in wezen polymeren.

Miko Fukuhara en collega's van de Tohoku Universiteit in Japan hebben nu een transistor ontworpen en gebouwd op basis van cellulose. Daarmee is het eerste prototype gedemonstreerd van een volledig functionele transistor die is gemaakt van materialen van plantaardige oorsprong.

Cellulose is een natuurlijk polymeer, een organische verbinding die van nature door de meeste planten wordt geproduceerd, waardoor het een belangrijk koolstofneutraal materiaal is. De eigenschappen van cellulose maken het ook een ideaal halfgeleidermateriaal voor biocompatibele en biomedische toepassingen.

"Cellulose is een lichtgewicht, hernieuwbaar materiaal met een hogere affiniteit voor levende organismen dan conventionele kunstmatige halfgeleidermaterialen, dus het zal waarschijnlijk een brede toepassing vinden als nieuwe biosensor", aldus Fukuhara. "Omdat de energiebandkloof en spanningsweerstand groot zijn en de aan/uit-verhouding relatief hoog, kan het ook worden gebruikt in hogesnelheidstoepassingen en lichtgerelateerde gebieden."

Houten transistor: Schematische weergave van het transistor (MESFET)-fabricageproces uit cellulosenanodeeltjes. [Afbeelding: Mikio Fukuhara et al. - 10.1063/5.0279007]

Cellulosetransistor

Hoewel cellulose afkomstig is van planten, is het een intrinsieke halfgeleider. Dit betekent dat er geen andere elementen in het materiaal kunnen worden geïntroduceerd om de energiebandafstand te veranderen. De structuur van cellulosemoleculen kan echter wel worden gewijzigd door functionele groepen toe te voegen, vergelijkbaar met doping, de standaardtechniek die in halfgeleidermaterialen wordt gebruikt.

Het team demonstreerde dit door een type transistor te bouwen dat een metaalhalfgeleider -veldeffecttransistor (MESFET) wordt genoemd. Technisch gezien is het een Schottky-barrièretransistor .

Uit de experimenten bleek dat de conventionele cellulose nanovezelstructuur niet de benodigde dichtheid had om een transistor te produceren. Daarom werden in plaats daarvan amorfe cellulose nanodeeltjes gebruikt die cellulosevezels met een korte as bevatten.

De onderzoekers zijn nu van plan verschillende plantensoorten te evalueren om de beste kandidaten te identificeren voor massaproductie van cellulose met de gewenste eigenschappen voor elektronica. Hoewel de volledig functionele nanocellulosetransistor een primeur is, is het niet de eerste keer dat cellulose en elektronica met elkaar in botsing komen ; er is zelfs een authentieke houten transistor geproduceerd.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen