2022-05-05 07:35
日本研究人员开发出一种纳米纤维素纸半导体，其展现了3D结构的纳米―微米―宏观跨尺度可设计性以及电性能的广泛可调性。研究结果日前发表在美国化学学会核心期刊《ACS纳米》上。
具有3D网络结构的半导体纳米材料拥有高表面积和大量孔隙，使其非常适合涉及吸附、分离和传感的应用。然而，同时控制电气特性、创建有用的微观和宏观结构并实现出色的功能和最终用途的多功能性，仍然具有挑战性。
纤维素是一种源自木材的天然且易于获取的材料。纤维素纳米纤维（纳米纤维素）可制成具有与标准A4纸张尺寸相似的柔性纳米纤维素纸（纳米纸）片材。纳米纸不导电，但加热可引入导电特性。不过，这种受热也可能破坏纳米结构。
大阪大学研究人员与东京大学、九州大学和冈山大学合作，设计出一种处理工艺，使纳米纸能够加热，又不会破坏从纳米尺度到宏观尺度的纸结构。
“纳米纸半导体的一个重要特性是可调性，因为这允许为特定应用展开设计。”研究作者古贺博隆副教授解释说，碘处理对保护纳米纸的纳米结构非常有效。将其与空间控制的干燥相结合，意味着热解处理不会显著改变设计的结构，并且可使用选定的温度来控制电性能。
研究人员使用折纸和剪纸技术来提供纳米纸在宏观层面的灵活性。他们将鸟和盒子折叠起来，冲压出苹果和雪花等形状，并通过激光切割产生更复杂的结构。这证明了新工艺可能达到的细节水平，以及热处理没有造成损坏。
成功应用的例子是，纳米纸半导体传感器结合到可穿戴设备中，以检测穿过口罩呼出的水分和皮肤上的水分。纳米纸半导体也被用作葡萄糖生物燃料电池的电极，产生的能量点亮了一个小灯泡。
古贺博隆表示，新研究展现的将纳米材料转化为实际设备的结构维护和可调性非常令人鼓舞，新方法为完全由植物材料制成的可持续电子产品的下一步发展奠定了基础。
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