Wissenschaftler haben gerade den weltweit ersten elektrischen Transistor aus Holz enthüllt: ScienceAlert

Holz ist für viele Dinge gut. Zum Beispiel Baukisten, Boote und Bücherregale. Werkzeuge herstellen oder Lagerfeuer machen. Termiten füttern. Und Biber.

Sie werden feststellen, dass die Stromversorgung funktionsfähiger Elektrogeräte nicht dazu gehört.

Forscher der Universität Linköping und des KTH Royal Institute of Technology in Schweden haben den Listen der Dinge, in denen Holz schlecht ist, offensichtlich nie viel Aufmerksamkeit geschenkt, also haben sie den ersten Holztransistor der Welt hergestellt.

Um es vorweg zu nehmen: Das Team hinter der Innovation hat eine spezielle Zutat hinzugefügt, um das Problem zu umgehen, dass Holz so schlecht Strom leitet. Und obwohl es funktioniert, erwarten Sie nicht, eines in Ihrem nächsten Smartphone zu finden.

„Ja, der Holztransistor ist langsam und sperrig, aber er funktioniert und hat ein enormes Entwicklungspotenzial“, sagt der Elektroingenieur Isak Engquist von der Universität Linköping.

Der bescheidene Transistor ist eine grundlegende Komponente in nahezu jeder elektronischen Technologie. Als winziges „Tor“, das den Fluss eines Stroms durch Anlegen eines anderen Stroms steuert, kann es Signale verstärken, Daten als eine Reihe von Schaltern speichern oder zusammenarbeiten, um logische Operationen auszuführen.

All dies gelingt dank der Eigenschaft halbleitender Materialien, die es ihnen nur dann ermöglicht, Strom zu leiten, wenn sie selbst über ausreichend Ladung verfügen.

Während es sich bei den ersten Transistoren um klumpige Objekte handelte, die man vielleicht mit der Fingerspitze ausbalancieren konnte, wurden sie seitdem in einem Maßstab konstruiert, der Dutzende von Milliarden auf demselben Raum unterbringt.

Holz ist nicht halbleitend. Tatsächlich sind die Kohlenhydratbausteine ​​der Pflanzenfasern ausgesprochen hartnäckig, wenn es darum geht, Elektronen nach unten zu schleusen.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu umgehen, besteht darin, Holz auf ein Stück Holzkohle zu reduzieren und so einen relativ reinen Kohlenstoffweg zu hinterlassen, über den eine elektrische Ladung weiterströmen kann.

Aber Holzkohle ist nicht wirklich Holz, wo bleibt also der Spaß daran?

Engquist und sein Team verwendeten Hartholzbalsa aufgrund seiner relativ hohen Festigkeit, geringen Dichte und homogenen Struktur, befreiten es von seinem zähen Lignin und füllten das verbleibende Material mit einem gemischten Elektronenionen leitenden Polymer namens Poly(3,4-ethylendioxythiophen). –Polystyrolsulfonat oder PEDOT:PSS.

Technisch gesehen fungiert das Holz eher als Gehäuse für das leitende Material, wie ein unordentliches Kabelbündel. Die Idee ist auch nicht neu, da Forscher bereits zuvor die Idee untersucht haben, Pflanzenmaterial als porösen Behälter für elektrochemische und leitfähige Substanzen zu verwenden.

Engquist baute auf dieser Erfahrung auf und versuchte, die Entfernung von Lignin zu optimieren, um einen effizienteren Kanal für die Arbeit des Polymers zu schaffen, bevor er die leitfähigen Eigenschaften der Balsa-Polymer-Einheit analysierte.

Durch das Stapeln von millimeterdicken Einheiten, die als Elektroden und Kanäle fungierten, stellte das Team fest, dass sie einen eher groben Transistor herstellen konnten. Ohne Spannung kann die gesamte Struktur als offen betrachtet und der Schalter auf „Ein“ gestellt werden. Pumpen Sie 6 Volt ein, und der Kanal füllt sich mit Elektronen, drückt den Kanal langsam zusammen und stellt den Schalter in die Position „Aus“.

Das Ausschalten des Holzgeräts dauert etwa 1 Sekunde, während das Zurückschalten in die Ein-Position etwa 5 Sekunden dauert. Wenn man bedenkt, dass die Transistoren in Ihrem Computer mit Geschwindigkeiten im Gigahertz-Bereich arbeiten und hunderte Milliarden Mal pro Sekunde ein- und ausgeschaltet werden, können Sie vergessen, genügend Sticks zusammenzubasteln, um Fortnite zu spielen.

Was ist also der Sinn, fragen Sie?

„Wir haben den Holztransistor nicht für eine bestimmte Anwendung entwickelt“, sagt Engquist.

„Wir haben es getan, weil wir es konnten. Das ist Grundlagenforschung, die zeigt, dass es möglich ist, und wir hoffen, dass es weitere Forschungen anregen wird, die in der Zukunft zu Anwendungen führen können.“

Abgesehen von schnellen Berechnungen könnte biologisch abbaubare Elektronik, die aus leicht zu gewinnenden Ressourcen hergestellt wird, in Fernsensoren verwendet werden, die leicht kaputt gehen müssen, oder in unauffälligen Geräten, die durch Bewegungen in der Umgebung angetrieben werden.

Dies sind nur ein paar weitere Dinge, für die Holz sehr gut geeignet sein könnte.

Diese Forschung wurde in PNAS veröffentlicht.