為了尋找新的替代材料,美國麻省理工學院(MIT)材料科學與工程系(DMSE)的研究人員以一種全新的觀點,利用煤作為打造電子元件的主要材料,從而賦予煤炭原材料全新價值。

在將這種材料經過處理成為薄膜後,MIT博士候選人Brent Keller Jeffrey與其他研究人員共同研究這種原材料的特性,而不只是考慮將這種材料用於石化燃料,或作為石化工業的煤原材料來源。

研究人員們發展出一連串的步驟,將煤材料磨成粉末,置於溶液中,然後在基板上均勻地沈積出薄膜,以用於製造電子元件並進行表徵。

為了展示這種傳統的低技術材料具備廣泛的潛在應用,MIT的研究人員們成功地製造出一款簡單的電子加熱裝置,可用於為車窗或飛機機翼除霜,或作為生物醫學植入物的一部份。

在開發這項最初應用時,研究人員們首次為四種不同種類的煤薄膜材料詳細描繪了化學、電子與光學特性,這四種煤包括無煙煤(anthracite)、褐煤(lignite)、煙煤(bituminous)與次煙煤(sub-bituminous)等。這項研究成果已經發表於最新一期的《奈米通訊》(NanoLetters)期刊中。

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研究人員利用未精煉的研磨煤炭開發出一款簡單的加熱裝置(圖左),當放置在紅外光下,可顯示由該裝置產生的熱(圖右)
(來源:MIT)

研究人員們採用天然產生的煤炭類型,完成這項任務,而不必淨化或精煉,就能製造電子裝置。研究人員表示,不同的煤可能會有橫跨7個幅度的導電率範圍,表示特定類型的煤可能原本就具有某種元件所需要的導電率。研究人員還發現,簡單地調整煤進行處理時的溫度,就能準確地調諧材料的光學與電子特性至所需的值。

該團隊開發這款簡單加熱裝置作為「原則驗證」——針對如何使用這種材料提供端對端的展示,從研磨煤炭到沈積為薄膜,以及使其得以製造於功能性的電子裝置中。研究人員表示,目前已經可為廣泛的各種潛在應用以及未來更深入的研究開啟了一扇門。

編譯:Susan Hong

(參考原文: Coal redefined for thin film electronics,by Julien Happich)