บาคาร่าเว็บตรง เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กระดาษเป็นตัวขับเคลื่อนสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืน

บาคาร่าเว็บตรง กองท่อนไม้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืนได้รับการพัฒนาโดยใช้เส้นใยนาโนเซลลูโลสจากเยื่อไม้ เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กระดาษชนิดใหม่สามารถบอกถึงการถือกำเนิดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยั่งยืนที่ทำจากวัสดุจากพืชทั้งหมด วัสดุที่พัฒนาขึ้นโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยในโอซาก้า โตเกียว คิวชู และโอคายาม่าในประเทศญี่ปุ่น สามารถใช้ทำเซ็นเซอร์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ได้

ใช้เป็นขั้วไฟฟ้าในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพกลูโคส 

และยังสามารถจ่ายไฟให้กับหลอดไฟขนาดเล็กได้อีกด้วย นำโดยHirotaka Kogaนักวิจัยได้สร้างวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่มีโครงสร้างเครือข่ายสามมิติโดยใช้เส้นใยนาโนเซลลูโลสที่ได้จากเยื่อไม้เป็นส่วนประกอบ ผลที่ได้คือกระดาษเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถทำพื้นผิวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 20 ซม.

ทีมงานกล่าวว่า กระดาษนาโนเซลลูโลสเซมิคอนดักเตอร์ชนิดใหม่ (CNP) สามารถปรับให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลาย ตัวกระดาษสามารถขึ้นรูปเป็นการออกแบบที่แตกต่างกัน และคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของวัสดุสามารถปรับได้ตั้งแต่ 10 12  ถึง 10 –2 Ω cm – ค่าที่มากกว่าค่าของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ 3 มิติที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ โดยการเปลี่ยนความเข้มข้นของตัวพาประจุ (อิเล็กตรอนและ หลุม) ในนั้น ซึ่งหมายความว่าเหมาะสำหรับใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ ตั้งแต่เซ็นเซอร์ไอน้ำไปจนถึงอิเล็กโทรดในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพที่มีเอนไซม์

นาโนเซมิคอนดักเตอร์ที่ได้มาจากนาโนเซลลูโลส

นาโนเซมิคอนดักเตอร์ที่ได้จากไม้นาโนเซลลูโลสที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ปรับแต่งได้และโครงสร้าง 3 มิติ (มารยาท: 2022 Koga et al.เซมิคอนดักเตอร์กระดาษนาโนเซลลูโลสที่มีโครงสร้างเครือข่าย 3 มิติและการออกแบบทรานส์สเกลระดับนาโนไมโครไมโครACS นาโน )

เครื่องตัดพับกระดาษ

Koga และเพื่อนร่วมงานได้ประดิษฐ์เซมิคอนดักเตอร์กระดาษนาโนเซลลูโลสจากการกระจายนาโนเซลลูโลส/น้ำโดยใช้เทคนิคการพับกระดาษ (origami) และเทคนิคการตัดกระดาษ (kirigami) พวกเขายังใช้การบำบัดด้วยไอโอดีนกับวัสดุของพวกเขาเพื่อปกป้องโครงสร้างนาโนของมัน

เพื่อแสดงความสามารถของวัสดุ นักวิจัยได้ประดิษฐ์โครงสร้างที่มีรูปร่างแตกต่างกันหลายแบบ รวมทั้งนกและกล่องโดยการพับ แอปเปิ้ลและเกล็ดหิมะโดยการต่อยกระดาษออก พวกเขายังผลิตโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยใช้การตัดด้วยเลเซอร์ โฟโตนิกเซลลูโลสมีสีรุ้ง

ทีมงานกล่าวว่าคุณสมบัติทางไฟฟ้าและเคมีของเซมิคอนดักเตอร์ CNP อาจมีการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมโดยการปรับเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุลโดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น ยาสลบกับอะตอมชนิดอื่นๆ “เราจะทำการปรับคุณสมบัติทางไฟฟ้าและเคมีของเซมิคอนดักเตอร์ใหม่ ตลอดจนรูปแบบที่ดี” Koga กล่าวกับPhysics World

ในบทความของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ในACS Nanoนักวิจัยกล่าวว่าการศึกษาของพวกเขาเป็นก้าวสำคัญในการจัดการกับการทำงานและการปฏิบัติจริงของวัสดุนาโนเซมิคอนดักเตอร์สำหรับการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ “เนื่องจากเซมิคอนดักเตอร์ CNP ดังกล่าวสามารถเตรียมได้จากทรัพยากรชีวภาพที่แพร่หลายและอุดมสมบูรณ์ กลยุทธ์ของเราจึงอาจถูกนำมาใช้เพื่อผลิต

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืน” พวกเขาเขียน

อุปกรณ์เทอร์โมโฟโตโวลตาอิก (TPV) ใช้เซลล์แสงอาทิตย์เพื่อแปลงแสงอินฟราเรดที่ปล่อยออกมาจากวัตถุร้อน (ที่อุณหภูมิ 600 °C ขึ้นไป) เป็นพลังงานไฟฟ้า พวกมันสามารถทำงานกับแหล่งความร้อนที่อุณหภูมิสูงกว่าที่ใช้โดยกังหัน และแหล่งของพวกมันก็กว้างมาก รวมถึงการเผาไหม้ ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ความร้อนเหลือทิ้ง ความร้อนที่เก็บไว้ในระบบกักเก็บพลังงานความร้อน และการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ผ่านตัวดูดซับรังสีระดับกลาง . โดยหลักการแล้ว แหล่งที่มาทั้งหมดนี้มีความน่าเชื่อถือมากกว่าพลังงานลมหรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่เกิดจากแสงแดดโดยตรง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นระยะๆ

ประสิทธิภาพใหม่ 41.1%

TPV ตัวแรกทำมาจากแผ่นสะท้อนแสงด้านหลังแบบบูรณาการและแหล่งกำเนิดทังสเตนที่เปล่งแสงที่ 2,000 °C อุปกรณ์เหล่านี้มีประสิทธิภาพเพียง 29% และแม้จะมีความก้าวหน้าในภายหลัง TPV ก็ยังพยายามดิ้นรนเพื่อให้ได้เครื่องหมาย 32% และทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1300 °C อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีของ TPV คาดการณ์ว่าประสิทธิภาพของพวกมันสามารถเกิน 50% ดังนั้นนักวิจัยจึงสงสัยว่ายังมีที่ว่างสำหรับการปรับปรุง

เซลล์ TPV ใหม่ ซึ่งพัฒนาโดยทีมที่นำโดยAsegun HenryและAlina LaPotin จาก ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT มีประสิทธิภาพสูงสุด 41.1% และทำงานที่ความหนาแน่นพลังงาน 2.39 W/cm2 โดยใช้แหล่งความร้อนที่ปล่อยออกมาที่ 2400 องศาเซลเซียส อุปกรณ์เหล่านี้ประดิษฐ์ขึ้นโดยนักวิจัยจากNational Renewable Energy Lab (NREL) โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่า epitaxy เฟสไอออร์แกโนเมทัลลิก

การออกแบบเซลล์แรกจากสองเซลล์ของทีมใช้ทางแยกด้านบนและด้านล่างที่ทำจาก AlGaInAs และ GaInAs ที่ปลูกบนสารตั้งต้นของ GaAs ในการออกแบบนี้ AlGaInAs มี bandgap ที่ 1.2 eV และ GaInAs เป็น bandgap ที่ 1.0 eV และโครงข่ายของ AlGaInAs ไม่ตรงกันในแง่ของค่าคงที่ของผลึกคริสตัลโลแกรมของซับสเตรต การออกแบบที่สองรวมเซลล์บนสุด 1.4 eV GaAs ที่จับคู่ตาข่ายเข้ากับเซลล์ด้านล่าง 1.2 eV GaInAs ที่ไม่ตรงกัน

เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงมาจากปัจจัยหลายอย่างร่วมกัน LaPotin บอกกับPhysics World “ประการแรกคือการใช้เซลล์แบบ multi-junction ที่ช่วยให้เราสามารถแปลงแถบพลังงานต่างๆ ของสเปกตรัมเหตุการณ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการลดการสูญเสียความร้อนที่เรียกว่า” เธออธิบาย “ประการที่สองคือการใช้วัสดุที่มีแถบคาดที่สูงกว่าวัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับ TPV พร้อมกับอุณหภูมิของแหล่งความร้อนที่สูงขึ้น” บาคาร่าเว็บตรง