作者:盛夏 来源:中国科学报 发布时间:2016/5/3 9:16:15
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煤炭竟可制作电子器件

 

图片来源:材料牛

一直以来煤炭都被当作是化工行业的原材料,用来制造塑料、燃料和溶剂等。如今,黑乎乎的煤炭终于散发出了金子般的光彩。研究人员发现,煤炭这种低科技含量的材料拥有高科技应用潜力,在加工煤炭的过程中适当调节温度就可以得到所需的光学和电学性质。

近日,美国麻省理工学院材料科学与工程学院教授杰弗里·格罗斯曼团队将煤炭粉碎成粉末,再经过溶解和沉积制造出了简单的电子加热元件,它可以用来给汽车玻璃或飞机机翼除霜雾,或是作为生物医用植入物的一部分。

格罗斯曼觉得,大家对煤炭的认识存在着严重偏差。其实,煤炭除了可以用来烧火,还有更大的价值。复杂的分子结构和多变的化学组成使它的应用有了多种可能性,煤炭可以是制作太阳能电池板、电池或电子器件的基础。

“当你把煤炭看作是一种材料,是一种不仅仅用来燃烧的物质,它丰富的化学组成就会展现在你面前。”格罗斯曼举例说,自然形成的、不同种类的煤炭本身就拥有一定的导电性——跨越七个数量级,不需要像利用硅来制造电子器件时那样需要经过纯化或精炼。这就意味着,一种给定种类的煤炭,其本身就能提供某一特定电子元器件所需的电学性质。

格罗斯曼认为,这项工作的一个挑战是:确定如何加工煤炭这种材料。为此,研究人员设计了一系列的步骤将煤炭粉碎成末,之后溶解到溶液中,最后在基底上沉积成一层薄薄的膜——最后一步是制作许多电子元器件的必要步骤,如晶体管和太阳能光电板。

研究团队所制造出来的、用来证明其理论的简易加热元器件提供了一种如何使用这种材料的“端对端”的证明:从研磨煤炭到将其沉积成薄膜并制造出功能电子器件。现在,研究人员说,可能性的大门已经打开,多样性应用的潜能已经显现出来。

格罗斯曼说,该新材料的潜在优势是,由于取材于非常廉价的基础材料,因此其成本也非常低,再加上加工过程非常简单,使其制造成本也非常低廉。例如,芯片级别的硅或石墨烯的成本主要来自于材料的精炼提纯过程,做硅芯片的原材料二氧化硅其实非常便宜且数量极多,但是高精度提纯过程却耗资巨大(通常要达到99.999%的纯度)。而使用煤炭粉末则具有诸多优势,这多亏了其性质的可调节性、高的导电性以及坚固性和热稳定性。(盛夏整理)

《中国科学报》 (2016-05-03 第6版 前沿)
 
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