可客製化電氣特性與3D結構之木材由來奈米半導體

 

刊登日期:2022/5/30
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大阪大學與東京大學、九州大學、岡山大學利用木材來源的奈米纖維素,成功地製造出可以控制各種電氣特性與3D結構之奈米半導體,且能因應目的、用途進行電子機能或3D結構的客製化,藉此將可望實現完全為木材由來之電子元件製造。

研究團隊曾利用永續生物資源之木材奈米纖維素製成的「奈米紙」,開發出了紙質電子紙、生物降解性紙記憶體等環保型電子元件。但為了讓不導電絕緣體的奈米纖維素應用做為電子元件,仍需要屬於枯竭性資源由來的半導體。

有鑑於此,研究團隊透過將奈米紙階段性碳化的方式,進而創造出可以在廣範圍內系統性地控制電氣特性的半導體。此外,透過奈米紙結構設計技術(壓紋、摺紙、剪紙等)並結合形態保持碳化技術,成功地實現了奈米-微觀-宏觀之跨尺度3D結構的控制。

開發出的奈米紙半導體可製作出緻密平滑的奈米結構或高比表面積的奈米孔構造、蜂巢狀微孔結構或點狀微米柱構造,抑或是宏觀的折疊紙鶴或格子鬆餅狀甜甜圈構造等各類結構形式。由於具有超越一般半導體材料的廣泛電氣特性控制範圍與跨尺度的3D結構可控性,因此將能依目的或用途進行機能與結構的客製化。

研究團隊也實際從利用穿戴式水蒸氣感測器監測飛沫散佈,或是生質燃料電池發電等應用中,確認木材由來奈米半導體在廣泛用途具有優異的電子元件性能。此項研究成果確認了木材由來奈米纖維素做為半導體的新價值,並擴大了其在電子元件用途的適用性,未來更可望利用間伐材等未利用木材做為原料,開發出整體皆為奈米纖維素的電子元件,以及不依賴金屬或石油資源之永續電子製品。


資料來源: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2022/20220427_1
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