(أخبار نانويرك): تجعل المواد النانوية شبه الموصلة ذات البنية الشبكية ثلاثية الأبعاد بمساحات سطحية عالية والمتعددة المسامات ممتازة للتطبيقات التي الخاصة بالامتصاص والفصل والاستشعار. ومع ذلك وفي الوقت ذاته فإن التحكم في الخواص الكهربائية وتصميم بنية مفيدة للنطاقين الجزئي والكلي، ولكن لا يزال هناك تحديًا لتحقيق التشغيل اﻷفضل لها والبراعة في الاستخدام النهائي.
مؤخرا، قام باحثو جامعة أوساكا، بالتعاون مع جامعة طوكيو، وجامعة كيوشو، وجامعة أوكاياما، بتطوير أشباه الموصلات من ورق النانو-السليلوز التي توفر كلاً من قابلية التصميم عبر المقياس النانوي الدقيق والماكروي لها قابلية التصميم للبنية ثلاثية الأبعاد، وقابلية ضبط الخصائص الكهربائية.
تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في دورية “ACS Nano” بعنوان (“أشباه الموصلات من ورق النانو-السليلوز مع بنية شبكية ثلاثية الأبعاد وتصميمها عبر المقياس النانوي الدقيق والماكروي*”).
السليلوز مادة طبيعية ويسهل الحصول عليها من الخشب. ألياف النانو-السليلوز يمكن تحويلها إلى وريقات من ورق النانوسليلوز المرن (ورق نانوي) بأبعاد مثل أوراق بحجم “A4”. ورقة النانو غير موصلة للتيارً الكهربائي؛ ومع ذلك، يمكن أن تقدم عملية التسخين خصائص التوصيل الكهربائي. لسوء الحظ، يمكن أن تؤدي عملية التسخين أيضًا إلى تعطيل البنية النانوية للورقة النانوية. لذلك ابتكر الباحثون عملية معالجة تسمح لهم بتسخين الورق النانوي دون الإضرار ببنية الورقة بتحويلها من المقياس النانوي إلى المقياس الماكروي.
يشرح مؤلف الدراسة هيروتاكا كوجا “من الخصائص المهمة لأشباه الموصلات المصنوعة من الورق النانوي قابلية التوليف لأن هذا يسمح بتصميم الأجهزة لتطبيقات محددة، طبقنا المعالجة باليود حيث كان فعالًا جدًا في حماية البنية النانوية للورق النانوي. الجمع بين هذا ومع التجفيف مع التحكم المكاني تم معالجة الانحلال الحراري ولم تتغير البنية المصممة بشكل كبير حيث يمكن وفقا لذلك استخدام درجة الحرارة المحددة للتحكم في الخواص الكهربائية.”
استخدم الباحثون تقنيات الأوريجامي (طي الورق) وكيريغامي (قص الورق) لتقديم أمثلة عملية لمرونة الورق النانوي على المستوى الكلي. وقاموا بطي طيرا وصندوقا، اﻷشكال بما فيها التفاحة ورقائق الثلج تم دقها لإنتاج بنية أكثر تعقيدًا عن طريق القطع بالليزر.وصار واضحا مستوى التفاصيل الممكنة، فضلا عن عدم وجود الضرر الذي ينتج بالمعالجة الحرارية.
أظهرت أمثلة على التطبيقات الناجحة أن مستشعرات أشباه الموصلات المصنوعة من الورق النانوي مدمجة في الأجهزة القابلة للارتداء للكشف عن رطوبة الزفير التي تخترق أقنعة الوجه ورطوبة الجلد. تم استخدام أشباه الموصلات الورقية النانوية أيضًا كقطب كهربائي في خلية الوقود الحيوي للجلوكوز وأضاءت الطاقة المتولدة مصباحا صغيرا.
يقول الأستاذ المساعد كوجا “إن صيانة البنية الشبكية وقابلية ضبطها وتمكنا من إظهارها أمر مشجع للغاية لتحويل المواد النانوية إلى أجهزة عملية، نعتقد أن نهجنا سوف يدعم الخطوات التالية في الإلكترونيات المستدامة المصنوعة بالكامل من المواد النباتية”.
المصدر: جامعة أوساكا – الترجمة: موقع نادي نانو – رابط المقال اﻷصلي: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=60483.php
الهوامش:
*Nanocellulose Paper Semiconductor with a 3D Network Structure and Its Nano–Micro–Macro Trans-Scale Design
