無(wú)需半導(dǎo)體材料的電子器件問世

據(jù)了解，團(tuán)隊(duì)使用普通的3D打印機(jī)和成本低廉、可生物降解的材料，打印了這些無(wú)半導(dǎo)體器件。雖然這些器件性能還不足以與傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶體管相比，但它們已能執(zhí)行一些基本的控制任務(wù)，比如調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度。這項(xiàng)新技術(shù)使用的能量較少，產(chǎn)生的廢物也更少，不僅降低了生產(chǎn)成本，還減少了對(duì)環(huán)境的影響。

實(shí)驗(yàn)過程中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)摻雜銅納米顆粒的聚合物細(xì)絲具有一種特別的現(xiàn)象：當(dāng)通過大電流時(shí)，材料會(huì)表現(xiàn)出顯著的電阻增加；而一旦停止供電，其電阻又迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。這種特性使該材料可被用作開關(guān)元件，類似于半導(dǎo)體中的晶體管。團(tuán)隊(duì)嘗試了多種不同摻雜物(包括碳、碳納米管以及石墨烯)的聚合物細(xì)絲，但只有含銅納米顆粒的細(xì)絲展現(xiàn)出了自復(fù)位能力。

基于這種現(xiàn)象，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，電流導(dǎo)致的熱效應(yīng)或使銅粒子擴(kuò)散開來(lái)，增加了電阻；而在冷卻后，銅粒子重新聚集，電阻隨之降低。此外，聚合物基質(zhì)從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)再轉(zhuǎn)回的過程，也可能對(duì)電阻的變化有所貢獻(xiàn)。利用這一原理，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型邏輯門，它由銅摻雜聚合物制成的細(xì)絲構(gòu)成，可以通過調(diào)整輸入電壓來(lái)控制電阻變化。

此外，向聚合物細(xì)絲中添加其他功能性微粒，還可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜多樣的應(yīng)用。這一成果展示了未來(lái)小型企業(yè)自主生產(chǎn)簡(jiǎn)單智能硬件的可能性。