科学家展示可按需生物降解和可回收的印刷电路

科学家展示可按需生物降解和可回收的印刷电路据NewAtlas报道，旧的电子产品很难回收，这意味着它们堵塞了垃圾填埋场，同时也锁住了有价值的金属。现在，科学家们已经展示了可按需降解的印刷电路，使其材料恢复到可再利用的形式。当我们中的许多人每隔一两年就追寻新手机的兴奋时，电子产品的浪费问题只会越来越多。许多这些设备在建造时并没有考虑到可回收性，而且很难从中提取金和银等贵金属进行再利用。相反，这些电子垃圾的大部分最终被填埋，在那里它们会向环境中浸出有毒的化学物质。一个不断增长的研究领域是所谓的瞬态电子产品--那些在一定时间后或遇到特定触发因素（如热或水）时自然溶解的电子产品。这些不仅可以帮助减少电子垃圾，而且可以使人体或环境中的传感器在完成工作后进行生物降解。在这项新的研究中，伯克利实验室和加州大学伯克利分校的研究人员已经开发并演示了印刷电路，它可以根据需要分解成可重复使用的材料，包括贵金属。新的设计建立在该团队以前的工作基础上，他们创造了嵌入酶的可生物降解塑料，这些酶将在热水或土壤中分解材料的聚合物链，在几天内降解塑料。一种名为RHP的分子将酶分散到塑料内的团块中，这使它们不会过早地破坏材料。这一次，研究人员调整了配方，使用廉价的酶的“鸡尾酒”，以简化生产和降低成本。他们用可生物降解的塑料作为基材，并在其上印制了由导电油墨制成的电子电路。这是由银片或碳黑颗粒组成的，以提供导电性，聚酯粘合剂将其全部固定在一起，而酶“鸡尾酒”通过降解粘合剂最终将整个东西解开。该小组测试了电路的整个拟议生命周期。首先，他们在正常条件下将它们存放在抽屉里七个月，暴露在温度和湿度的日常波动中。然后，他们在一个月内连续对它们进行了电流测试。研究小组说，储存的电路与全新的电路一样好用，表明它们没有开始过早地退化。最后，研究人员测试了它们的生物可降解性。他们让它们在温水中放置几天，发现在72小时内，银粒子与聚合物分离，聚合物已经分解成单体。该团队说，94%的银可以被回收，单体也可以被回收。该团队还在一系列其他材料上测试了可生物降解的导电墨水，如柔性塑料和布，并发现它在所有情况下仍可作为电路使用。这可能使它对可穿戴设备很有用。该团队说，下一步是创建一个可生物降解的整个微芯片。这项研究发表在《先进材料》杂志上。该团队在下面的视频中描述了这项工作。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1310431.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1310431.htm

当丝绸遇上硅：研究人员看见生物材质混合晶体管的曙光

当丝绸遇上硅：研究人员看见生物材质混合晶体管的曙光微处理器规模的晶体管可以检测生物状态和环境并做出反应。您的手机微处理器芯片中可能装有超过150亿个微小晶体管。晶体管由硅、金和铜等金属以及绝缘体组成，它们共同接收电流并将其转换为1和0，从而传递信息并存储信息。晶体管材料是无机材料，基本上来自岩石和金属。但是，如果能让这些基本电子元件具有部分生物特性，能够直接对环境做出反应，并像活体组织一样发生变化呢？塔夫茨大学Silklab实验室的一个团队就是这样做的，他们用生物蚕丝代替绝缘材料制造出了晶体管。他们最近在科学杂志《先进材料》上报告了自己的研究成果。蚕丝纤维素--蚕丝纤维的结构蛋白可以精确地沉积在表面上，并很容易用其他化学和生物分子对其进行修饰，从而改变其特性。以这种方式功能化的蚕丝可以从人体或环境中拾取并检测多种成分。利用生物-硅混合电子技术制造的呼吸传感器，混合生物晶体管会根据环境中的气体和其他分子改变其电子行为。资料来源：塔夫茨大学FioOmenetto健康监测设备的进步该团队首次展示的原型设备使用混合晶体管制造了高灵敏度和超快呼吸传感器，可检测湿度变化。对丝层的进一步改良可使设备能够检测某些心血管和肺部疾病以及睡眠呼吸暂停，或捕捉呼吸中的二氧化碳水平及其他气体和分子，从而提供诊断信息。如果与血浆一起使用，它们有可能提供氧合和葡萄糖水平、循环抗体等信息。在开发混合晶体管之前，FrankC.Doble工程学教授FiorenzoOmenetto领导的Silklab实验室已经利用纤维素制造了生物活性油墨，用于可检测环境或身体变化的织物、可置于皮下或牙齿上监测健康和饮食的传感纹身，以及可打印在任何表面检测病原体（如导致COVID-19的冠状病毒）的传感器。晶体管是一个简单的电气开关，一根金属导线输入，另一根导线输出。导线之间是半导体材料，之所以称之为半导体材料，是因为除非经过哄骗，否则它无法导电。另一个被称为"栅极"的电子输入源被绝缘体隔开。栅极是开启和关闭晶体管的"钥匙"。当阈值电压（我们称之为"1"）在绝缘体上产生电场时，它就会触发导通状态，从而引发半导体中的电子运动，使电流开始流过导线。在生物混合晶体管中，蚕丝层被用作绝缘体，当它吸收水分时，就会像凝胶一样携带其中的离子（带电分子）。栅极通过重新排列丝胶中的离子来触发导通状态。通过改变蚕丝中的离子成分，晶体管的工作状态也会随之改变，从而使其能够被介于0和1之间的任何栅极值触发。计算与生物融合的未来Omenetto说："你可以想象，创建的电路可以利用数字计算中使用的离散二进制电平所无法表示的信息，但可以像模拟计算那样处理可变信息，而变化是由改变蚕丝绝缘体内部的成分引起的。这为在现代微处理器中将生物学引入计算提供了可能。当然，已知最强大的生物计算机是大脑，它通过不同程度的化学和电信号处理信息。"创建混合生物晶体管的技术挑战在于实现纳米级的丝绸处理，小到10纳米或人类头发直径的不到1/10000。工程学院博士后研究员BeomJoonKim说："在实现这一目标后，我们现在可以用与商业芯片制造相同的制造工艺来制造混合晶体管。这意味着我们可以用现在的能力制造出十亿个这样的晶体管"。让数十亿个晶体管节点通过丝绸中的生物过程重新配置连接，可以制造出像人工智能中使用的神经网络一样的微处理器。Omenetto说："展望未来，我们可以想象，集成电路可以进行自我训练，对环境信号做出反应，并直接在晶体管中记录记忆，而不是将其发送到单独的存储器中。"检测和响应更复杂生物状态的设备，以及大规模模拟和神经形态计算，都有待开发。Omenetto对未来的机遇持乐观态度。他说："这开辟了电子学与生物学界面的新思路，未来将有许多重要的基础发现和应用。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399639.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399639.htm

可重构晶体管可通过编程执行不同功能

可重构晶体管可通过编程执行不同功能研究人员解释说，射频晶体管是电子电路和芯片设计技术的重大突破。可编程晶体管使用的材料与半导体工业使用的材料相同，即硅和锗，它们可以显著改善功耗和能效。传统的晶体管开发包括化学掺杂，这是一种用外来原子"污染"半导体材料的技术。掺杂过程决定了电流的流动方向，一旦晶体管被制造出来就无法改变。射频晶体管用静电掺杂取代了化学掺杂，这是一种不会永久改变半导体材料化学结构的新方法。一旦电场取代了"复杂而昂贵"的化学掺杂过程，晶体管就可以动态地重新配置，以执行不同的逻辑运算。维也纳工业大学教授沃尔特-韦伯（WalterM.Weber）说，重配置工作在"基本开关单元"，而不是将信息路由到固定的功能单元。韦伯补充说，这种方法对于构建未来的可重构计算和人工智能应用"大有可为"。研究人员于2021年开发出了RFET基本技术，现在他们已经证明可重写晶体管可用于构建芯片中的所有基本逻辑电路。最近发表的研究报告展示了一种反相器、NAND/NOR和XOR/XNOR门，它们能够在运行时动态切换工作模式。静电掺杂所需的额外栅极需要占用空间，这意味着RFET并不像标准CMOS晶体管那么小。新的可编程晶体管不可能很快取代固定晶体管，但它们可以共存，并为某些灵活性至关重要的计算应用提供动力。研究人员解释说，RFET的可重构特性可以减少逻辑电路所需的晶体管总数。更少的晶体管意味着制造芯片所需的空间更小，功耗也会降低。通过切换单个晶体管或整个电路的极性，单个电路可以提供多种功能。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425449.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425449.htm

研究人员发明全新电化学晶体管 有望推动穿戴电子产品传感器技术革新

研究人员发明全新电化学晶体管有望推动穿戴电子产品传感器技术革新这种晶体管可以使开发可穿戴设备成为可能，这些设备可以在生物-设备接口处直接进行现场信号处理。一些潜在的应用包括监测心率和血液中的钠和钾水平，以及跟踪眼球运动以研究睡眠障碍。垂直电化学晶体管是基于一种新的电子聚合物的垂直架构该研究的共同通讯作者TobinJ.Marks说："所有的现代电子产品都使用晶体管，它们能迅速地打开和关闭电流。在这里，我们使用化学方法来加强开关。我们的电化学晶体管将性能提高到一个全新的水平。拥有传统晶体管的所有特性，bing拥有高得多的跨导（衡量它能够提供的放大作用），开关特性的超稳定循环，能够实现高密度集成的小尺寸，以及简单、低成本的制造门槛。"Marks是材料科学和有机电子领域的世界领袖。他是温伯格文理学院的VladimirN.Ipatieff催化化学教授和麦考密克工程学院的材料科学和工程以及化学和生物工程教授。垂直电化学晶体管是基于一种新的电子聚合物和垂直而非平面的结构。它既能导电，又能传导离子，在空气中很稳定。新材料的设计和合成以及晶体管的制造和表征需要化学家、材料科学家和生物医学工程师的合作专长。Marks与温伯格大学化学研究教授AntonioFacchetti、现为中国电子科技大学教授的黄伟以及麦考密克学院生物医学工程教授JonathanRivnay一起领导了该研究团队。Rivnay说："这种令人兴奋的新型晶体管使我们能够使用生物系统和电子系统的语言，前者经常通过离子信号进行交流，后者则通过电子进行交流。晶体管作为'混合导体'非常有效地工作的能力使它们对生物电子诊断和治疗具有吸引力。"这项详细介绍高效电化学晶体管的研究和一篇附带的新闻与观点文章最近发表在《自然》杂志上。Facchetti说："由于其垂直结构，我们的电化学晶体管可以一个接一个地堆叠起来。因此，我们可以制作非常密集的电化学互补电路，这对于传统的平面电化学晶体管来说是不可能的。"为了制造更可靠和强大的电子电路，需要两种类型的晶体管：携带正电荷的p型晶体管和携带负电荷的n型晶体管。这些类型的电路被称为互补电路。研究人员过去面临的挑战是，n型晶体管难以建造，而且通常不稳定。初步的工作展示了两种类型（p+n）电化学晶体管具有相似和非常高的性能。这导致了非常高效的电化学互补电路的制造。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345509.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345509.htm

灵芝衍生的电子产品被设计成在丢弃时可进行生物降解

灵芝衍生的电子产品被设计成在丢弃时可进行生物降解在调查蘑菇在建筑保温等方面的应用时，他们注意到灵芝有一个特别坚韧的外皮，可以保护下面的浆状组织不受病原体和其他类型真菌的侵害。研究发现，外皮可以很容易地被去除，然后进行干燥，形成一种"坚固、灵活和耐热"的材料，可以承受高达250ºC（482ºF）的温度。也就是说，当放在适当的环境中，它可以完全被生物降解。考虑到这些特性，人们希望"MycelioTronic"材料有朝一日可以作为柔性电子设备中印刷电路板的基材。目前，这类电路板中的基材是由聚合物构成的，很难与其他部件分离，因此，聚合物和这些部件都很难回收。相比之下，一旦以蘑菇为基础的基质发生生物降解，剩下的不可降解的物品就可以简单地被拔出并回收利用。可以想象，这种材料也可以在医疗植入物中找到用途，一旦不再需要，就可以在体内无害地溶解。在一次概念验证活动中，研究人员已经建立了功能性的接近和湿度传感器，其中传统的电子芯片被焊接在MycelioTronic基板上。他们现在正在研究将这种材料用于其他部件，目的是最终生产出一种完全可生物降解的线路板。这项研究在最近发表于《科学进展》杂志的一篇论文中进行了描述。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1332807.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1332807.htm

西电郝跃院士在超陡垂直晶体管器件研究方面取得进展

西电郝跃院士在超陡垂直晶体管器件研究方面取得进展该工作报道一种新型晶体管器件技术，将电阻阈值开关与垂直晶体管进行集成，实现了兼具超陡亚阈值摆幅与高集成密度潜力的垂直沟道晶体管，电流开关比超过8个数量级且室温亚60mV/dec电流范围超过6个数量级，为后摩尔时代高性能晶体管技术提供了一种新的器件方案。随着集成电路制造工艺下探亚5纳米技术节点，传统的晶体管尺寸微缩路线无法像过去一样使能“器件-芯片”性能提升与成本控制。在此背景下，学术界与工业界近年来提出多种创新器件技术，以期克服常规MOSFET的技术局限。其中，三星、IBM、欧洲微电子中心（IMEC）等国际研发机构推出了垂直输运场效应晶体管（vertical-transportfield-effecttransistor,VTFET）器件技术。通过将电流方向从传统MOSFET的平面方向转换为垂直方向，该器件结构有望在芯片上垂直构造晶体管，从而大幅降低器件占有空间，提高集成密度。受此启发，西电研究团队采用超薄二维异质结构造VTFET半导体沟道并与电阻阈值开关（TS）垂直集成，实现超陡垂直晶体管（TS-VTFET）。这一器件技术借助超薄二维半导体出色的静电调控，大幅提升器件栅控能力；同时，借助电阻阈值开关的电压控制“绝缘-导电”相变特性，该器件的室温亚阈值摆幅达到1.52mV/dec，远低于常规MOSFET室温亚阈值摆幅高于60mV/dec的理论极限。此外，在发表的概念验证工作中，研究团队制备的超陡垂直晶体管表现出强大性能，包括电流开关比高于8个数量级、亚60mV/dec电流区间超过6个数量级、漏电流小于10fA等，为后摩尔时代高性能低功耗晶体管技术提供了一种新的方案。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419269.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419269.htm