Блог компании ua-hosting.company. Совершенствование электроники часто связано с применением нестандартных компонентов, а также материалов, из которых они изготовляются. Выбор используемого материала зачастую зависит от его свойств, но если они не совпадают с требованиями ученых и инженеров, то их можно скорректировать. Иногда этот процесс напоминает самую настоящую алхимию, когда из одного делают совершенно другое, кардинально меняя его свойства.

Группа ученых из университетов Осаки, Токио, Кюсю и Окаямы (Япония) разработала новый тип полупроводника из совершенно непроводящего материала — наноцеллюлозную бумагу. Из чего состоит новый полупроводник, как именно он создавался, и где его можно будет применять? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Полупроводниковые наноматериалы с трехмерной сетчатой структурой обладают различными интересными свойствами, такими как электропроводность, высокая проницаемость и большая площадь поверхности, которые полезны для адсорбции, разделения и сенсорных приложений. Проблема этих чудо-материалов в том, что их сложно масштабировать в рамках определенного приложения, а также сложно настраивать их электропроводность.

Авторы рассматриваемого нами сегодня труда предлагают обойти эти ограничения посредством разработки полупроводник из пиролизованной целлюлозной нановолоконной бумаги (CNP от cellulose nanofiber paper) с трехмерной сетчатой структурой. Ее нано-микро-макро трансмасштабная структурная конструкция достигается путем объединения йод-опосредованного пиролиза с сохранением морфологии и пространственно контролируемой сушки целлюлозных нановолокон.

Электрическая проводимость такого полупроводника может быть настроена от состояния изолятора (10¹² Ом⋅см) до состояния квазиметалла (10^-2 Ом⋅см) посредством температурно-контролируемого пиролиза( термическое разложение органических и многих неорганических соединений)*. Такие показатели значительно превышают те, что достигались ранее в других наноматериалах на базе 3D сетей.

Использование структур на базе трехмерных сетей в диапазоне от нано до микро и макро масштабов является многообещающей стратегией для изготовления материалов с превосходными характеристиками и функциями. Потому нет ничего удивительного в том, что ранее уже были попытки создать полупроводниковые наноматериалы с настраиваемыми свойствами.

Синтетический подход позволил получить трехмерные оксиды металлов с нано-микроразмерными пористыми структурами (размер пор: от 100 нм до нескольких десятков микрометров) и трехмерные органические полупроводники со средним размером пор (0.4 нм). Метод самосборки позволил изготовить трехмерные нанопроволоки WO₃ и MoO₃, легированные Si или P, и трехмерные структуры наночастиц CdTe/Au с размерами пор ~30 и 3–10 нм соответственно. А методы аддитивного производства, такие как 3D-печать, позволяют создавать трехмерные микро-макроструктурные конструкции из восстановленного оксида графена, оксидов металлов и интерметаллических соединений.

Также в ранее проведенных работах ученые из разных уголков мира сообщали об успехах в области манипулирования свойствами электропроводности трехмерных полупроводниковых структур. Подвергать сомнению эти успехи нет нужды, но все же стоит отметить, что диапазон манипулирования был крайне мал. Следовательно, в данной области существует ярко выраженный дефицит разработок.

Чтобы этот дефицит перекрыть, авторы рассматриваемого нами труда предлагают свою разработку — полупроводниковые наноматериалы с трехмерной сетчатой структурой на основе бумаги из нановолокон целлюлозы (CNP).