Електрохімічний транзистор, виготовлений з деревини бальзи, відкриває можливість вбудовування датчиків та інших електронних пристроїв у рослини, що може допомогти в сільському господарстві та управлінні лісами. Адже використання традиційних напівпровідникових транзисторів засмічує середовище токсичними матеріалами.
«Існує новий напрямок досліджень під назвою «Електронні рослини», де вчені шукають різні способи надсилання сигналів усередині рослин або впровадження таких функцій, як датчики в рослинах, навіть у живі рослини», — каже Ісак Енгквіст з Лінчепінгського університету у Швеції .
Енгквіст і його колеги розробили дерев’яний еквівалент транзистора. Транзистор – це електронний компонент, який діє як перемикач для електричних сигналів. Сучасні комп’ютерні чипи розміром з ніготь містять мільярди транзисторів, виготовлених із напівпровідникових матеріалів, таких як кремній. Кожен напівпровідниковий транзистор може вмикатися і вимикатися мільярди разів на секунду.
Порівняно з кремнієвими транзисторами дерев’яні транзистори значно більші – кожен має 3 сантиметри в довжину. Вони також мають набагато нижчу швидкість перемикання, що дозволяє – вимикаються приблизно за 1 секунду, а ввімкнути їх можна приблизно через 5 секунд.
Але дерев’яні транзистори можуть виявитися більш стійкими та біосумісними для певних електронних застосувань у сільському чи лісовому господарстві, таких як моніторинг стійкості рослин до екологічного стресу та зміни клімату.
Щоб створити дерев’яний транзистор, Енгквіст і його колеги використовували нагрівання та хімічний процес для видалення лігніну – органічної зв’язуючої речовини в деревині та рослинах – із шматочків деревини бальзи. Цей процес звільнив простір усередині між природною мережею трубок, які називаються просвітами, які транспортують воду всередині деревини.
Потім вони занурили деревину в рідкий розчин, що містить провідний полімер, що дозволило полімеру вбратися в деревину і покрити просвіт. Це створило електропровідну деревину, здатну взаємодіяти з електролітами – хімічними речовинами, які проводять електрику, коли вони розчинені у воді – як основу для створення дерев’яного транзистора.
Дослідники продемонстрували та виміряли роботу деревного транзистора під час кількох випробувань на перемикання.
Команда спочатку спробувала кілька видів деревини, зокрема березу та ясен. Але виявилося, що бальза має ідеальні характеристики для цього підходу, включаючи збереження своєї структурної цілісності після видалення лігніну, легке поглинання електропровідного полімеру та відсутність суттєвої сезонної різниці між літньою та зимовою деревиною.
Дослідники можуть зрештою виростити електропровідну деревину з полімером, який вже є всередині, каже Енгквіст. Це може включати використання різних провідних полімерів для проникнення в деревину без необхідності попереднього видалення лігніну.
«Здається найбільш ймовірним, що кожен шматок деревини або кожна рослина включатиме лише кілька деревних електрохімічних транзисторів, і що вони будуть міліметрового розміру», — говорить Енгквіст.
