Новая эра полностью перерабатываемой электроники: транзистор из наноцеллюлозы
Экспериментируя с наноцеллюлозой, инженеры смогли напечатать рабочий транзистор, который можно полностью переработать на компоненты и использовать их повторно
Это достижение в мире печатной электроники, где проводящие чернила сочетаются с обычными методами печати для создания тонких и гибких электронных схем, стало возможным благодаря экспериментам с наноцеллюлозой. Мы уже видели, как этот широко распространенный материал, получаемый из растений и древесных отходов, может найти применение в усовершенствованных фильтрах для воды, мягких батареях и экологически чистых пластмассах.
Ранее мы также видели, как его можно использовать в качестве подложки для компьютерных микросхем на основе дерева, хотя инженеры Университета Дьюка поставили перед собой более высокие цели, стремясь использовать его потенциал в качестве изоляционного материала для создания еще более экологичных материалов.
«Наноцеллюлоза биоразлагаема и уже много лет используется в промышленности — из нее, к примеру, делают упаковки», — пояснил автор исследования Аарон Франклин. «И хотя люди уже давно знают о ее потенциальных применениях в качестве изолятора в электронике, никто раньше не придумал, как использовать этот материал в чернилах для печати. Это один из ключей к обеспечению работоспособности полностью перерабатываемых устройств», — отметил он.
Франклин и его команда разработали способ включения наноцеллюлозы в чернила для печати, преобразовав ее в кристаллическую форму и добавив немного соли. Полученные в итоге изолирующие диэлектрические чернила были объединены с проводящими чернилами, изготовленными из графена, и полупроводниковыми чернилами из углеродных нанотрубок, чтобы сформировать полностью углеродный транзистор, который можно напечатать на бумажной подложке с помощью аэрозольной струйной печати при комнатной температуре.
В ходе тестирования команда продемонстрировала возможности системы, использовав ее в качестве бумажного датчика лактата и сообщила, что транзистор работает достаточно хорошо, чтобы служить в широком диапазоне применений, оставаясь стабильным в течение шести месяцев.
Процесс рециркуляции транзистора начинается с его погружения в несколько ванн и мягкого воздействия вибрации звуковых волн. Обработка полученного раствора на центрифуге позволяет извлекать углеродные нанотрубки и графен с выходом, близким к 100%, что чрезвычайно удобно для повторного использования в том же процессе печати. Между тем, сама наноцеллюлоза может быть переработана вместе с бумажной подложкой.
