Электрохимический транзистор, изготовленный из древесины бальзы, открывает возможность встраивания датчиков и других электронных устройств в растения, что поможет в сельском хозяйстве и управлении лесами. Ведь использование традиционных полупроводниковых транзисторов засоряет среду токсичными материалами.
«Существует новое направление исследований под названием «Электронные растения», где ученые ищут разные способы передачи сигналов внутри растений или внедрение таких функций, как датчики в растениях, даже в живые растения», — говорит Исак Энгквист из Линчепингского университета в Швеции.
Энгквист и его коллеги разработали деревянный эквивалент транзистора. Транзистор – это электронный компонент, который действует как переключатель для электрических сигналов. Современные компьютерные чипы размером с ноготь содержат миллиарды транзисторов, изготовленных из полупроводниковых материалов, таких как кремний. Каждый полупроводниковый транзистор может включаться и выключаться миллиард раз в секунду.
По сравнению с кремниевыми транзисторами деревянные транзисторы значительно больше – каждый имеет 3 сантиметра в длину. Они также имеют гораздо более низкую скорость переключения, что позволяет отключаться примерно за 1 секунду, а включить их можно примерно через 5 секунд.
Но деревянные транзисторы могут оказаться более устойчивыми и биосовместимыми для определенных электронных применений в сельском или лесном хозяйстве, таких как мониторинг устойчивости растений к экологическому стрессу и изменению климата.
Чтобы создать деревянный транзистор, Энгквист и его коллеги использовали нагрев и химический процесс для удаления лигнина – органического связующего в древесине и растениях – из кусочков древесины бальзы. Этот процесс освободил пространство внутри природной сети трубок, которые называются просветами, которые транспортируют воду внутри древесины.
Затем они погрузили древесину в жидкий раствор, содержащий ведущий полимер, что позволило полимеру впитаться в древесину и покрыть просвет. Это создало электропроводящую древесину, способную взаимодействовать с электролитами – химическими веществами, которые проводят электричество, когда они растворены в воде – как основу для создания деревянного транзистора.
Исследователи продемонстрировали и измерили работу древесного транзистора в ходе нескольких испытаний на переключение.
Команда сначала попробовала несколько видов древесины, в том числе березы и ясень. Но бальза имеет идеальные характеристики для этого подхода, включая сохранение своей структурной целостности после удаления лигнина, легкое поглощение электропроводного полимера и отсутствие существенной сезонной разницы между летней и зимней древесиной.
Исследователи могут в конце концов вырастить электропроводящую древесину с полимером, который уже находится внутри, говорит Энквист. Это может включать в себя использование различных проводящих полимеров для проникновения в древесину без необходимости предварительного удаления лигнина.
«Кажется наиболее вероятным, что каждый кусок древесины или каждое растение будет включать несколько древесных электрохимических транзисторов, и что они будут миллиметрового размера», — говорит Энквист.
