无论科学家们是在想办法解决“在人造皮肤中植入传感器”后的灵活性问题,其中的电子电路都必须经受住我们汗水的考验,并且硅质芯片显然不适合汗水。
现在,一个国际研究团队开发出了一种可以完美适应水的逻辑电路和传感器。
更令人惊讶的是,该系统根本不需要半导体的参与。
研究人员选择使用有机分子作为“外套”,将金纳米颗粒包裹在内部。
他们给这个电路系统起??了一个名字——“化学电子”电路。
该团队由来自北京国家纳米科学中心、美国北卡罗来纳大学教堂山分校、美国NuMat Technologies、韩国UNIST的科学家组成。
他们在《自然纳米技术》杂志上发表了一篇关于化学电子学的文章。
他们用大量由四种有机分子随机组成的“配体”包裹金纳米粒子,创造了独特的化学电子学。
当暴露于水或潮湿环境时,每种配体都会产生不同的电荷相关效应。
例如,当某种配体溶解时,它会释放正离子,留下包裹在负离子周围的纳米颗粒。
相反,也会有一定的配体,导致纳米颗粒包裹正离子,释放负离子。
后者将两种类型的金属纳米颗粒与带相反电荷的配体结合起来,创建了可以模拟 PN 结的化学模型。
它们可以将带正电的纳米复合物聚集到一侧,将带负电的纳米复合物聚集到另一侧。
离子将能够在它们之间自由移动,正离子和负离子将相互吸引到另一侧,循环又开始。
这会造成器件内电荷分布不均匀,形成界面电压。
界面电压可以形成远离器件的“偏好”——使电子转移过程偏向另一个方向,就像二极管一样。
“配体被自由移动的反离子包围。
关键是使这些移动的反离子在电场中可用,从而建立离子梯度,最终允许电子流过纳米颗粒。
” - Unist Bartosz Grzybowski 该系统可能成为可穿戴传感器领域最理想的应用技术之一。
可以直接计算化学电子电路中聚合物电子转化率的变化,以检测每分钟化学层面的变化,而这些变化只需要少量的能量就可以转换成电子信号并灵活地进行逻辑运算。
但这项技术最吸引人的地方在于化学电子电路在潮湿和含盐环境下具有极强的适应性。
研究人员可以通过使用四种不同的配体纳米粒子作为外壳来创建不同的传感器来测量湿度、气体和金属离子。
为了使这些传感器和电路得到广泛采用,需要进一步提高其转换速率和耐用性。
目前,当这种传感器从潮湿环境移至干燥环境时,会出现脱水和破裂的情况。
“这些电路其实很简单,只需要将它们从水或酒精中解放出来即可。
但是,如果你真的想在现实世界中使用它们,你仍然需要一些更好的喷墨设备和更专业的电气工程师。
完成,我们只是一群化学家。
” - Grzybowski 尽管面临挑战,这个神奇的电路仍然看起来是一个非常有前途的解决方案。
其逻辑电路不仅可以在潮湿的环境中使用,而且在如何构建纳米二极管和晶体管方面也是一个新的突破。
“由于反离子梯度存在于任何单个纳米粒子中,因此可以仅基于单个纳米粒子构建二极管或晶体管。
此外,由于纳米粒子还具有光反应特性,因此我们正在探索使用光控制电路加入该系统的可行性”——格日博夫斯基。