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，使其非常适合涉及吸附、分离和传感的应用。然而，同时控制电气特性并创建有用的微观和宏观结构，同时实现出色的功能和最终用途的多功能性，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，开发了一种纳米纤维素纸半导体，它提供了3D结构的纳米-微米-宏观跨尺度可设计性和电性能的广泛可调性.他们的研究结果发表在ACSNano.
纤维素是一种源自木材的天然且易于获取的材料。纤维素纳米纤维(纳米纤维素)可以制成具有与标准A4尺寸相似的柔性纳米纤维素纸(纳米纸)片材。纳米纸不导电;然而，加热可以引入导电特性。不幸的是，这种受热也可能破坏纳米结构。
因此，研究人员设计了一种处理工艺，使他们能够加热纳米纸，而不会破坏从纳米尺度到宏观尺度的纸结构。
“纳米纸半导体的一个重要特性是可调性，因为这允许为特定应用设计设备，”研究作者HirotakaKoga解释说。“我们应用了一种碘处理，它对保护纳米纸的纳米结构非常有效。将其与空间控制的干燥相结合意味着热解处理不会显着改变设计的结构，并且可以使用选定的温度来控制电性能。”
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的灵活性的有趣示例。将鸟和盒子折叠起来，冲压出苹果和雪花等形状，并通过激光切割产生更复杂的结构。这证明了可能的细节水平，以及热处理造成的损坏的缺乏。
成功应用的例子是纳米纸半导体传感器结合到可穿戴设备中，以检测呼出的水分穿过面罩和皮肤上的水分。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)用于监测从口罩泄漏的人体呼气产生的水蒸气的可穿戴传感器。可水洗面罩：观察到与呼吸相对应的传感器响应脉冲，表明水蒸气从可水洗面罩泄漏。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是商业石墨片的14倍，并导致红色LED发光。学分：2022Koga等人。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。ACS纳米
“我们能够展示的结构维持和可调性对于将纳米材料转化为实际设备非常令人鼓舞，”Koga副教授说。“我们相信，我们的方法将支持完全由植物材料制成的可持续电子产品的下一步发展。”
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ACSNano上。
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