Un transistor di legno – Physics World

Un transistor di legno – Physics World

Timestamp: 16 maggio 2023 4:30

Un transistor ricavato da una tavola di legno incorpora polimeri elettricamente conduttori in tutto il materiale
Il legno modificato modula la corrente elettrica: i ricercatori dell’Università di Linköping, insieme ai colleghi del KTH Royal Institute of Technology, hanno sviluppato il primo transistor elettrico al mondo in legno. (Per gentile concessione: Thor Balkhed)

Alcuni ricercatori svedesi hanno costruito un transistor partendo da una tavola di legno incorporando polimeri elettricamente conduttori in tutto il materiale in modo da mantenere lo spazio per un elettrolita ionico conduttivo. La nuova tecnica rende possibile, in linea di principio, l'utilizzo del legno come modello per numerosi componenti elettronici, anche se il team dell'Università di Linköping riconosce che i dispositivi basati sul legno non possono competere con i circuiti tradizionali in termini di velocità o dimensioni.

Guidati da Isak Engquist of Laboratorio di elettronica organica di Linköping, i ricercatori hanno iniziato rimuovendo la lignina da una tavola di legno di balsa (scelta perché priva di grana e strutturata in modo uniforme) utilizzando un NaClO2 trattamento chimico e termico. Poiché la lignina costituisce tipicamente il 25% del legno, la sua rimozione crea notevoli possibilità per incorporare nuovi materiali nella struttura rimanente.

I ricercatori hanno quindi collocato il legno delignificato in una dispersione a base acquosa di un polimero elettricamente conduttore chiamato poli (3,4-etilendiossitiofene)-polistirene solfonato o PEDOT:PSS. Una volta che questo polimero si diffonde nel legno, il materiale precedentemente isolante diventa un conduttore con una conduttività elettrica fino a 69 Siemens per metro – un fenomeno che i ricercatori attribuiscono alla formazione di microstrutture PEDOT:PSS all’interno dello “scaffold” di legno 3D.

Successivamente, Engquist e colleghi hanno costruito un transistor utilizzando un pezzo di legno di balsa trattato come canale e pezzi aggiuntivi su entrambi i lati per formare un doppio gate del transistor. Hanno inoltre immerso l'interfaccia tra le porte e il canale in un gel conduttore di ioni. In questa disposizione, nota come transistor elettrochimico organico (OECT), l'applicazione di una tensione al gate innesca una reazione elettrochimica nel canale che rende le molecole PEDOT non conduttrici e quindi spegne il transistor.

Prestazioni del transistor

Scrivere dentro PNAS, i ricercatori riferiscono che il nuovo transistor in legno modula la corrente elettrica in un canale del transistor spesso 1 mm con un rapporto on/off di 50. Rispetto ai tipici transistor moderni, funziona con un notevole ritardo: l'accensione richiede circa cinque secondi , mentre lo spegnimento dura un secondo.

"Il nostro transistor in legno funziona secondo un principio diverso rispetto ai tradizionali transistor in silicio che commutano utilizzando un campo elettrico", spiega Engquist. “Rispetto a questi transistor, è davvero lento e ingombrante e non ci aspettiamo che possa mai competere con i microprocessori e i circuiti tradizionali”.

Il nuovo dispositivo risponde bene alla modulazione della tensione di gate, comportandosi alla pari con altri OECT sotto questo aspetto. Tuttavia, i ricercatori sottolineano di non aver sviluppato il transistor in legno pensando ad applicazioni specifiche. "Lo abbiamo fatto perché potevamo", dice Engquist.

Cose da fare con un transistor di legno

Se pressato, Engquist suggerisce che le possibili applicazioni potrebbero includere la regolazione di impianti elettronici e qualsiasi dispositivo in cui, per qualche motivo, sia necessaria la funzionalità elettrica all'interno del legno.

"Poiché il canale del nostro transistor è così grande, potrebbe tollerare correnti più elevate rispetto ai normali transistor organici", spiega Mondo della fisica. “Potremmo immaginare, ad esempio, di regolare la corrente da/verso futuri sensori, celle solari, display o batterie incorporati nel legno”.

I ricercatori stanno ora esplorando modi per migliorare le proprietà elettriche del loro legno conduttivo. “Speriamo anche di poter creare nuovi dispositivi insieme ai nostri colleghi del Laboratorio di Elettronica Organica, che sono tra i pionieri nel campo degli impianti elettronici.”

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