大阪大学
具有可定制的电学性质和3D结构的源自木材纳米纤维素的纳米半导体的制备示意图
信用:2022阿桔等人
具有三维网络结构的纳米纤维素纸半导体及其纳米-微米-宏观跨尺度设计
ACS纳米 具有3D网络结构的半导体纳米材料具有高表面积和大量孔隙，这使得它们非常适合于吸附、分离和传感等应用
然而，同时控制电性能和产生有用的微观和宏观结构，同时实现优异的功能和最终用途的多样性，仍然具有挑战性
现在，大阪大学的研究人员与东京大学、九州大学和冈山大学合作，开发出了一种纳米纤维素纸半导体，它既提供了纳米-微米-宏观的三维结构的跨尺度设计性，又提供了电特性的宽可调性
他们的发现发表在ACS Nano上
纤维素是来源于木材的天然且容易获得的材料
纤维素纳米纤维(纳米纤维素)可以制成柔性纳米纤维素纸(纳米纸)，其尺寸类似于标准A4纸
纳米纸不导电；然而，加热可以引入传导特性
不幸的是，这种受热也会破坏纳米结构
因此，研究人员设计了一种处理过程，允许他们加热纳米纸，而不会破坏从纳米尺度到宏观尺度的纸张结构
“纳米纸半导体的一个重要特性是可调性，因为这允许为特定的应用设计设备，”研究作者阿桔解释说
“我们应用了碘处理，这对于保护纳米纸的纳米结构非常有效
将此与空间控制的干燥相结合意味着热解处理基本上不会改变设计的结构，并且所选择的温度可以用于控制电性能
" (a)电学性质的广泛和系统的可调谐性，以及(b)如此制备的半导体(表示为纳米纸半导体)的3D结构的纳米-微米-宏观跨尺度可设计性
信用:2022阿桔等人
具有三维网络结构的纳米纤维素纸半导体及其纳米-微米-宏观跨尺度设计
ACS纳米 研究人员使用折纸(折纸)和剪纸(剪纸)技术来提供纳米纸在宏观层面上的灵活性的有趣例子
一只鸟和一个盒子被折叠起来，包括苹果和雪花在内的形状被冲压出来，更复杂的结构被激光切割出来
这证明了可能的细节水平，以及热处理造成的损坏的缺乏
成功应用的例子显示，纳米纸半导体传感器集成到可穿戴设备中，用于检测透过口罩呼出的水分和皮肤上的水分
纳米纸半导体也被用作葡萄糖生物燃料电池的电极，产生的能量点亮了一个小灯泡
使用纳米纸半导体的设备演示
(a)可佩戴传感器，用于监测从面罩泄漏的人体呼气产生的水蒸气
可清洗面罩:观察到对应于呼吸的传感器响应脉冲，表明水蒸气从可清洗面罩中泄漏
外科口罩:仅观察到传感器电阻逐渐降低，表明外科口罩有效捕获了水蒸气
(b)用于发电的葡萄糖生物燃料电池
纳米纸半导体的功率密度比商业石墨片高14倍，并导致红色led发光
信用:2022阿桔等人
具有三维网络结构的纳米纤维素纸半导体及其纳米-微米-宏观跨尺度设计
ACS纳米 副教授阿桔说:“我们已经展示的结构维持和可调性对于将纳米材料转化为实用设备来说是非常令人鼓舞的。”
“我们相信，我们的方法将为完全由植物材料制成的可持续电子产品的下一步发展奠定基础
" 文章“具有3D网络结构的纳米纤维素纸半导体及其纳米-微米-宏观跨尺度设计”发表在ACS Nano上
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