有机咖啡豆(有机半导体材料：咖啡豆、蘑菇也能做芯片)

Posted 2023-05-29

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有机咖啡豆(有机半导体材料：咖啡豆、蘑菇也能做芯片)

咖啡化合物也能提高半导体的生产效率

日本先进工业科技 (AIST) 研究所的研究人员表示，使用咖啡化合物可以将半导体元件中的电流增加多达 100 倍。具体而言，根据他们的工作，电极表面的一层薄薄的咖啡酸促进了有机半导体器件中电流的极大改善。

AIST 解释了电流显著改善背后的科学原理。一份研究报告称，咖啡酸在电极上的作用导致元件表面的分子自发排列，从而降低了电流流动的阻力。因此电流增加了 100 倍。科学家们说，这一发现将有助于开发未来的有机半导体器件，例如有机发光二极管 (OLED) 和有机太阳能电池 (OPV)。据称，这一发现对于促进可持续发展特别有价值。由于应用了源自植物的咖啡酸薄层，可以减少或避免使用对环境不友好或不可持续的化学资源。

目前，有机半导体制造商使用对环境质量有问题的材料作为电极修饰层。这一层的一种选择是一种名为 Pedot:PSS 的聚合物，它引起了人们对环境污染的担忧。另一种材料是三氧化钼材料，它使用一种稀有金属元素的氧化物。

“咖啡”对各种电极材料的促进作用，来源：AIST

AIST 研究人员使用咖啡酸和各种电极材料进行了测试，这些电极材料包括金、银、铜、铁、氧化铟锡 (ITO) 和具有天然氧化层的硅。您可以在图表中看到，咖啡酸处理后电极功函数增加了 0.5 eV。请注意，研究人员表示，咖啡酸薄膜不会溶解在有机半导体薄膜生产中使用的有机溶剂中，因此非常适合此用途。

AIST 的研究人员希望将这种电极修饰/涂层技术应用于上述 OLED 和 OPV 等有机半导体器件，最终目标是使半导体元件和物联网设备完全以可持续的方式制造，并且易于回收利用。

以蘑菇为基板的电子产品

奥地利的物理学家和材料科学家表明，真菌菌丝体皮可用作电子设备的基板。该团队使用薄皮创建了由菌丝体电池、湿度和接近传感器以及蓝牙通信模块组成的自主传感设备。除了为要在其上形成图案的电路提供柔性表面外，这种薄膜还可以生物降解，有助于减少电子垃圾。

人们越来越关注柔性电子产品的开发，例如用于健康监测的自主传感器，其使用寿命仅为数天或数周。根据约翰内斯开普勒大学的物理学家Martin Kaltenbrunner的说法，对于这些类型的电子产品，可生物降解的组件将非常有利。

在研究用于建造隔热的基于蘑菇的材料时，Kaltenbrunner 和他的同事注意到真菌正在产生致密而致密的菌丝体表皮，这是一种真菌丝网。研究人员从真菌中提取菌丝体皮，这种真菌生长在温和温带气候下的死硬木上。为了创建电子电路，他们使用物理气相沉积在皮肤上放置一层薄薄的铜和金。然后通过激光烧蚀从该表面层去除金属，留下导电路径。研究人员将这种创造柔性和可生物降解电子产品的新方法命名为“MycelioTronics”。

该团队在 25°C 下储存来培养菌丝体皮。真菌充分生长后，将隔膜从基材上撕下，小心地将菌丝体皮从隔膜上剥离。然后将湿的菌丝体干燥并压缩以产生最终的薄膜。这些薄膜看起来像纸，科学家们想知道它们是否可以用于柔性电路板。在金属层沉积和激光烧蚀后，研究人员测试了由此产生的菌丝体电路板，发现它们具有高导电性和热稳定性，并且能够在金属膜开始破裂和电阻增加之前承受大约 2000 次弯曲循环，可以折叠几次，阻力只会适度增加。接下来，研究人员创建了一个扁平的 2 cm2菌丝体电池，使用浸泡在高离子传导电解质溶液（氯化铵和氯化锌）中的菌丝体皮作为隔膜，并使用两个菌丝体皮作为外壳。他们声称，这种结构导致电池中很大一部分是可生物降解的。

为了进一步展示他们的概念，该团队创建了一种电子设备，该设备由菌丝体电池、蓝牙数据通信模块和焊接在菌丝体电路板上的阻抗传感器组成。测试表明，该传感器设备能够检测到接近的手指和气候室中的湿度变化。

“真正难以回收的是柔性电路板或印刷电路板，它们太便宜而且太难分离成单独的部分，”Kaltenbrunner 解释道。科学家们一直在考虑用纸代替柔性设备中基于聚合物的电路板，但 Kaltenbrunner 说这是不可持续的。纸张生产过于耗水和耗能。而菌丝体电路板，可以在堆肥堆中分解。在 11 天内，它失去了 93% 的干重，此后它的残留物都与土壤几乎没有区别。

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