Halfgeleidende nanomaterialen met 3D-netwerkstructuren hebben grote oppervlakten en veel poriën waardoor ze uitstekend geschikt zijn voor toepassingen met adsorberen, scheiden en voelen. Tegelijkertijd blijft het echter een uitdaging om tegelijkertijd de elektrische eigenschappen te beheersen en nuttige structuren op micro- en macroschaal te creëren, terwijl uitstekende functionaliteit en veelzijdigheid bij het eindgebruik worden bereikt. Nu hebben onderzoekers van de Osaka University, in samenwerking met de University of Tokyo, Kyushu University en Okayama University, een halfgeleider van nanocellulosepapier ontwikkeld die zowel nano-micro-macro-trans-schaal ontwerpbaarheid van de 3D-structuren als brede afstembaarheid van de elektrische eigenschappen biedt. . Hun bevindingen zijn gepubliceerd in ACS Nano .

Cellulose is een natuurlijk en gemakkelijk te verkrijgen materiaal dat is afgeleid van hout. Van cellulose-nanovezels (nanocellulose) kunnen vellen flexibel nanocellulosepapier (nanopapier) worden gemaakt met afmetingen zoals die van standaard A4. Nanopapier geleidt geen elektrische stroom; verwarming kan echter geleidende eigenschappen introduceren. Helaas kan deze blootstelling aan warmte ook de nanostructuur verstoren.

De onderzoekers hebben daarom een ​​behandelingsproces bedacht waarmee ze het nanopapier kunnen verhitten zonder de structuren van het papier van nanoschaal tot macroschaal te beschadigen.

"Een belangrijke eigenschap van de halfgeleider van nanopapier is de afstembaarheid, omdat hierdoor apparaten voor specifieke toepassingen kunnen worden ontworpen", legt studieauteur Hirotaka Koga uit. "We hebben een jodiumbehandeling toegepast die zeer effectief was voor het beschermen van de nanostructuur van het nanopapier. Door dit te combineren met ruimtelijk gecontroleerd drogen betekende de pyrolysebehandeling de ontworpen structuren niet substantieel en kon de geselecteerde temperatuur worden gebruikt om de elektrische eigenschappen te regelen."

De onderzoekers gebruikten origami (papier vouwen) en kirigami (papier snijden) technieken om speelse voorbeelden te geven van de flexibiliteit van het nanopapier op macroniveau. Een vogel en een doos werden gevouwen, vormen zoals een appel en sneeuwvlok werden uitgestanst en meer ingewikkelde structuren werden geproduceerd door lasersnijden. Dit toonde het mogelijke detailniveau aan, evenals het ontbreken van schade veroorzaakt door de warmtebehandeling.

Voorbeelden van succesvolle toepassingen toonden nanopapier-halfgeleidersensoren die zijn ingebouwd in draagbare apparaten om uitgeademd vocht te detecteren dat door gezichtsmaskers breekt en vocht op de huid. De halfgeleider van nanopapier werd ook gebruikt als elektrode in een glucose-biobrandstofcel en de opgewekte energie deed een klein lampje branden.

"Het structuurbehoud en de afstembaarheid die we hebben kunnen aantonen, is zeer bemoedigend voor de vertaling van nanomaterialen naar praktische apparaten", zegt universitair hoofddocent Koga. "Wij geloven dat onze aanpak de basis zal vormen voor de volgende stappen in duurzame elektronica die volledig uit plantaardig materiaal is gemaakt."

Het artikel, "Nanocellulose papier halfgeleider met een 3D-netwerkstructuur en zijn nano-micro-macro trans-scale ontwerp", werd gepubliceerd in ACS Nano . + Verder verkennen

Onderzoek naar op papier gebaseerde elektronica gaat door