無需半導體材料的電子器件問世

據(jù)了解，團隊使用普通的3D打印機和成本低廉、可生物降解的材料，打印了這些無半導體器件。雖然這些器件性能還不足以與傳統(tǒng)半導體晶體管相比，但它們已能執(zhí)行一些基本的控制任務(wù)，比如調(diào)節(jié)電動機的速度。這項新技術(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，還減少了對環(huán)境的影響。

實驗過程中，團隊發(fā)現(xiàn)摻雜銅納米顆粒的聚合物細絲具有一種特別的現(xiàn)象：當通過大電流時，材料會表現(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，類似于半導體中的晶體管。團隊嘗試了多種不同摻雜物(包括碳、碳納米管以及石墨烯)的聚合物細絲，但只有含銅納米顆粒的細絲展現(xiàn)出了自復位能力。

基于這種現(xiàn)象，團隊認為，電流導致的熱效應(yīng)或使銅粒子擴散開來，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，也可能對電阻的變化有所貢獻。利用這一原理，團隊開發(fā)出一種新型邏輯門，它由銅摻雜聚合物制成的細絲構(gòu)成，可以通過調(diào)整輸入電壓來控制電阻變化。

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