Only Perception: 以天然棉花纖維製成的電晶體

2011-10-29

以天然棉花纖維製成的電晶體

Transistors are made from natural cotton fibers
http://www.physorg.com/news/2011-10-transistors-natural-cotton-fibers.html

By Farhan Nuruzzaman, October 27, 2011

(PhysOrg.com) -- 根據一項由康乃爾纖維科學家 Juan Hinestroza 所共同完成的一項研究表示，整合電子裝置，更聰明、更具機機能性的服裝也許在近未來將成為可能。

Hinestroza，纖維科學副教授，是一個國際團隊的一份子，那以天然棉花纖維開發電晶體。

"自棉花纖維創造出電晶體為電子產品與織物的無縫整合帶來新的視野，使可穿戴電子裝置的創造成為可能，" Hinestroza 表示。

這項創新代表一種顯著的進展，那為更複雜裝置的創造（例如基於棉花的電路）立下基礎， Hinestroza 表示。這將允許纖維感應體溫，自動加溫或冷卻，或著追蹤高風險患者的心跳速率或血壓，以及監控高水準（high-performance）運動員的身體負擔（physical effort）。

"也許有朝一日我們甚至能以一種類似於 khipus（基普、奇普，一種基於繩結的記錄裝置，為位於祕魯的印加帝國所用）的方法，從棉花纖維打造出電腦，" Hinestroza 說。

這項研究於 9/13 發表在 Organic Electronics 的線上版。它描述一種新技術，在其中，金奈米粒子的共形塗佈（conformal coatings，那些粒子都依循棉花的不規則拓樸）與半導電性、導電性聚合物被用來訂製天然棉花纖維的電氣行為。

之所以選擇棉花當作基質，是因為其機械性與天生的舒適性、相對廉價且廣泛用於織品與服裝中。棉花纖維量輕且耐用。

在這項研究裡，第一步就是要在棉花粗糙的拓樸上創造出奈米粒子的共形層。下一層不是導電性就是半導電性塗層；最後步驟是打造裝置。"這些分層如此細薄，以致於棉花纖維的彈性被保留下來，" Hinestroza 表示。

二種主動式電晶體，有機電化學電晶體以及有機場效應電晶體，亦被展示。這二種都廣泛用於電子產業成為積體電路的元件。積體電路控制著電話、電視與電玩主機等常見裝置的功能。

這項研究代表一項跨學科、來自康乃爾之纖維科學家以及來自 Bologna 大學之物理學家與來自 Cagliari 大學之電機工程師（二者都在義大利）還有來自法國 Ecole Nationale Superieure des Mines de Saint-Etienne 之材料科學家之間的共同成就。

Hinestroza 的實驗室貢獻其纖維與纖維機能（fiber functionality）的專業，而其他研究者則在他們的物理學、電機工程、與有機電子學專業領頭。

本論文第一作者，Cagliari 大學的 Giorgio Mattana，是康乃爾在 2009 - 2010 二學期間的國際訪問學生，在 Hinestroza 的與其他校園中的實驗室裡進行研究。他也使用了康乃爾奈米製程實驗室（Cornell Nanofabrication Facility）與康乃爾材料研究中心（Cornell Center for Materials Research）的設施。

※ 台灣要加強這一塊。相關報導：

＊ Organic electronics on natural cotton fibres
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566119911003065

Giorgio Mattana, Piero Cosseddu, Beatrice Fraboni,
George G. Malliaras, Juan P. Hinestroza, Annalisa Bonfiglio
Organic Electronics
Volume 12, Issue 12, December 2011, Pages 2033-2039
doi: 10.1016/j.orgel.2011.09.001

Nanoscale modification of natural cotton fibres with conformal coatings of gold nanoparticles, deposition of thin layers of the conductive polymer poly(3,4-ethylenedioxithiophene) (PEDOT) and a combination of these two processes were employed to increase conductivity of plain cotton yarns. This innovative approach was especially designed to fabricate two classes of devices: passive devices such as resistors obtained from electrically conductive cotton yarns, and two types of active devices, namely organic electrochemical transistors (OECTs) and organic field effect transistors (OFETs). The detailed electrical and mechanical analysis we performed on treated cotton yarns revealed that they can be used as conductors still maintaining a good flexibility. This study opens an avenue for real integration between organic electronics and traditional textile technology and materials.