科技日報北京5月4日電 (記者張夢然)日本研究人員開發出一種納米纖維素紙半導體，其展現了3D結構的納米—微米—宏觀跨尺度可設計性以及電性能的廣泛可調性。研究結果日前發表在美國化學學會核心期刊《ACS納米》上。

 

具有3D網絡結構的半導體納米材料擁有高表面積和大量孔隙，使其非常適合涉及吸附、分離和傳感的應用。然而，同時控制電氣特性、創建有用的微觀和宏觀結構并實現出色的功能和最終用途的多功能性，仍然具有挑戰性。

 

纖維素是一種源自木材的天然且易于獲取的材料。纖維素納米纖維(納米纖維素)可制成具有與標準A4紙張尺寸相似的柔性納米纖維素紙(納米紙)片材。納米紙不導電，但加熱可引入導電特性。不過，這種受熱也可能破壞納米結構。

 

大阪大學研究人員與東京大學、九州大學和岡山大學合作，設計出一種處理工藝，使納米紙能夠加熱，又不會破壞從納米尺度到宏觀尺度的紙結構。

 

“納米紙半導體的一個重要特性是可調性，因為這允許為特定應用展開設計。”研究作者古賀博隆副教授解釋說，碘處理對保護納米紙的納米結構非常有效。將其與空間控制的干燥相結合，意味著熱解處理不會顯著改變設計的結構，并且可使用選定的溫度來控制電性能。

 

研究人員使用折紙和剪紙技術來提供納米紙在宏觀層面的靈活性。他們將鳥和盒子折疊起來，沖壓出蘋果和雪花等形狀，并通過激光切割產生更復雜的結構。這證明了新工藝可能達到的細節水平，以及熱處理沒有造成損壞。

 

成功應用的例子是，納米紙半導體傳感器結合到可穿戴設備中，以檢測穿過口罩呼出的水分和皮膚上的水分。納米紙半導體也被用作葡萄糖生物燃料電池的電極，產生的能量點亮了一個小燈泡。

 

古賀博隆表示，新研究展現的將納米材料轉化為實際設備的結構維護和可調性非常令人鼓舞，新方法為完全由植物材料制成的可持續電子產品的下一步發展奠定了基礎。