È ingombrante e lento rispetto agli omologhi in silicio e le possibili applicazioni potrebbero essere in dispositivi in cui, per qualche motivo, è necessaria la funzionalità elettrica all’interno del legno.
I ricercatori in Svezia hanno costruito un transistor da una tavola di legno incorporando polimeri elettricamente conduttori in tutto il materiale in modo da mantenere lo spazio per un elettrolita ionicamente conduttivo.
La nuova tecnica consente, in linea di principio, di utilizzare il legno come modello per numerosi componenti elettronici, sebbene il team dell’Università di Linköping riconosca che i dispositivi a base di legno non possono competere con i circuiti tradizionali in termini di velocità o dimensioni.
Guidati da Isak Engquist del Laboratorio di elettronica organica di Linköping, i ricercatori hanno iniziato rimuovendo la lignina da una tavola di legno di balsa (scelta perché è senza grana e strutturata in modo uniforme) utilizzando un trattamento chimico e termico.
Poiché la lignina costituisce tipicamente il 25% del legno, la sua rimozione crea un notevole spazio per incorporare nuovi materiali nella struttura che rimane.
I ricercatori hanno quindi collocato il legno delignificato in una dispersione a base acquosa di un polimero elettricamente conduttore chiamato PEDOT: PSS.
Una volta che questo polimero si diffonde nel legno, il materiale precedentemente isolante diventa un conduttore con una conduttività elettrica, un fenomeno che i ricercatori attribuiscono alla formazione di microstrutture PEDOT:PSS all’interno del “ponteggio” in legno 3D.
Successivamente, Engquist e colleghi hanno costruito un transistor utilizzando un pezzo di questo legno di balsa trattato come canale e pezzi aggiuntivi su entrambi i lati per formare un doppio gate del transistor.
Hanno anche 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.
Su 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 richiede un secondo.
“Il nostro transistor a legno funziona secondo un principio diverso dai transistor al silicio convenzionali 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, performando alla pari con altri OECT in questo senso.
Tuttavia, i ricercatori sottolineano che non hanno sviluppato il transistor di legno con applicazioni specifiche in mente. “L’abbiamo fatto perché potevamo”, dice Engquist.
Engquist suggerisce che le possibili applicazioni potrebbero includere la regolazione di impianti elettronici e qualsiasi dispositivo in cui, per qualche motivo, è necessaria la funzionalità elettrica all’interno del legno.
“Dal momento che il canale del nostro transistor è così grande, potrebbe tollerare correnti più elevate rispetto ai normali transistor organici. Potremmo immaginare, ad esempio, di regolare la corrente da/verso futuri sensori, celle solari, display o batterie incorporate nel legno”.
I ricercatori stanno ora esplorando modi per migliorare le proprietà elettriche del loro legno conduttivo. “Speriamo anche di essere in grado di creare nuovi dispositivi insieme ai nostri colleghi del Laboratorio di Elettronica Organica, che sono tra i pionieri nel settore degli impianti elettronici”.
Foto: Thor Balkhed
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