Ameriški znanstveniki so na papirnato podlago natisnili tranzistor, ki ga je mogoče reciklirati. Vsi deli tranzistorja so bili izdelani iz nestrupenih ogljikovih materialov: nanoceluloza, ogljikove nanocevke in grafen. Naprava lahko deluje šest mesecev pri normalni vlažnosti in temperaturi, nato pa se ogljikove nanocevke in grafen lahko raztopijo in ponovno uporabijo. Rezultati raziskave so objavljeni v reviji Nature Electronics.
Vsako leto zavržemo več kot petdeset milijonov ton vse vrste elektronike, z naraščajočo priljubljenostjo nosljivih senzorjev in pametnih tetovaž pa bo težava postala še bolj akutna - navsezadnje bo veliko takšnih naprav za enkratno uporabo. E-odpadki pogosto vsebujejo strupene kovine in druge snovi, ki onesnažujejo zemljo in podtalnico. Zato znanstveniki iščejo materiale za elektronska mikro vezja, ki jih je po uporabi mogoče enostavno odstraniti.
Ameriški znanstveniki pod vodstvom Aarona D. Franklina z univerze Dukes v Severni Karolini so naredili velik korak k elektroniki, ki jo je mogoče enostavno reciklirati. Razvili so tankoslojni tranzistor (naprava za ojačanje ali preklapljanje elektronskih signalov, enega glavnih gradnikov sodobne elektronike), ki ga je mogoče natisniti na papirnato podlago. Tranzistor je v celoti sestavljen iz recikliranih materialov na osnovi ogljika: ogljikove nanocevke (CNT) so bile uporabljene kot polprevodnik, grafen kot prevodni stiki, kristalna nanoceluloza pa kot dielektrik.
Vsi deli tranzistorja so bili z aerosolnim tiskom zaporedoma položeni na podlago za običajen fotografski papir. Najprej sta bili natisnjeni dve grafenski elektrodi - vir in odtok prihodnjega tranzistorja, na vrhu pa je bila nanesena plast CNT. Obdelovanec smo sprali s toluenom in temeljito posušili ter nanesli plast nanoceluloze, dielektrika, ki je zaprla vir in odtok. Končno je bila na vrhu natisnjena tretja grafenska elektroda, vrata. Vse plasti so bile natisnjene pri sobni temperaturi, le toluen za pranje je bil segret na 80 stopinj Celzija. Tako ogljikove nanocevke kot grafen se že uporabljajo pri tiskanju elektronskih mikrovezji, zato Franklin in njegovi sodelavci niso imeli težav pri nanašanju teh plasti. Toda avtorji so prvič izvedli tisk izolacijske plasti s nanoceluloznim "črnilom".
Glavni problem je bila visoka viskoznost celuloznega črnila, ki preprečuje, da bi se natisnjene kapljice med seboj združile, kar pusti praznine v nastali plasti. Avtorji so spreminjali parametre aerosolnega tiska in natisnili skupaj 30 različnih vzorcev nanocelulozne plasti. Monolitni izolacijski premaz je bil dosežen s hitrostjo nanosa 45 kubičnih centimetrov črnila na minuto in koncentracijo nanoceluloze šest utežnih odstotkov.
Značilnosti tankoslojnih tranzistorjev. Abscissa: napetost vrat-vir, ordinata: največja vrednost toka, Značilnosti novega tranzistorja so se izkazale za povsem enake tradicionalnim tranzistorjem na osnovi anorganskih filmov. Na podlagi nastalega tranzistorja je bil izdelan mobilni senzor za mlečno kislino, ki omogoča količinsko določitev njegove koncentracije v območju nad dvema milimoloma.
Nastala naprava lahko pri normalnih temperaturah in vlažnosti traja najmanj šest mesecev. Ko končate, se podložni papir in celulozni izolator zlahka kompostirajo, CNT -je in grafen pa lahko po želji reciklirate. Dovolj je, da izrabljen tranzistor potopite najprej v toluen, da se raztopi plast CNT, nato pa v destilirano vodo, da raztopi grafen. Nova naprava, natisnjena z reduciranimi raztopinami CNT in grafena, deluje skoraj tako dobro kot tranzistor iz svežih materialov. Avtorji so ugotovili minimalno zmanjšanje toka, povezano z nižjo prevodnostjo recikliranega grafena. Zmanjšanje prevodnosti je verjetno posledica povečanja viskoznosti v grafenskem črnilu, Franklin in znanstveniki pa upajo, da bodo to težavo odpravili z rahlo spremembo formule črnila.
Franklin in njegovi kolegi so uporabljali celulozni kompozit kot izolator, vendar je celuloza lahko tudi piezoelektrična - na primer, številne vrste lesa imajo šibke piezoelektrične lastnosti. Marca letos so švicarski znanstveniki našli izviren način za povečanje tega učinka: les so obdelali s kulturo gob, ki je absorbirala del lignina v njegovi sestavi. Posledično je medsebojni premik kristalov celuloze postal večji, piezoelektrični modul materiala pa se je povečal.
