Världens första trätransistor

Världens första transistor gjord av trä är utvecklad av forskare vid Linköpings universitet och KTH. Studien är publicerad i tidskriften PNAS och banar väg för vidare utveckling av träbaserad elektronik och styrning av elektroniska växter.

Transistorer uppfanns för nästan hundra år sedan och anses av vissa vara en lika viktig uppfinning för mänskligheten som telefonen, glödlampan eller cykeln. Idag är de en avgörande komponent i modern elektronik och tillverkas ner på nanoskala. En transistor reglerar bland annat strömmen som passerar genom den och kan även fungera som strömbrytare.

Nu har forskare vid Linköpings universitet tillsammans med kollegor på KTH utvecklat världens första transistor för elektricitet gjord av trä.

– Vi har visat en princip som ingen annan tidigare gjort. Förvisso är trätransistorn långsam och klumpig, men den fungerar och utvecklingspotentialen är stor, säger Isak Engquist, biträdande professor vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet.

Tidigare försök med transistorer gjorda i trä har endast kunnat reglera jontransport. Och när jonerna tar slut upphör transistorns funktion. Linköpingsforskarnas transistor kan däremot fungera kontinuerligt och reglera elektricitet utan att försämras.

För att skapa transistorn utgick forskarna från balsaträ. Att det just är balsaträ beror på att tekniken kräver ett träslag utan årsringar som har en jämn struktur genom hela volymen. Sedan tog forskarna bort ligninet och kvar var endast långa cellulosafiber med kanaler där ligninet tidigare varit.

Kanalerna i balsaträt fylldes med en ledande plast, eller polymer, som kallas för PEDOT:PSS. Det resulterar i ett elektriskt ledande trämaterial.

Av det ledande trämaterialet kunde forskarna sedan bygga trätransistorn och visa att den har förmågan att reglera elektrisk ström och fungera kontinuerligt vid en vald utsignalsnivå. Den kunde även slå på och av strömmen, om än ganska långsamt – av tog cirka en sekund och på cirka fem sekunder.

Tänkbara tillämpningar kan vara reglering av elektroniska växter, ett annat starkt forskningsområde vid Linköpings universitet. En fördel med att transistorkanalen är så pass stor är att den skulle kunna tåla högre strömstyrkor än vanliga organiska transistorer vilket kan vara viktigt för vissa framtida tillämpningar. Men Isak Engquist vill betona en sak:

– Vi har inte skapat trätransistorn med någon specifik tillämpning i sikte. Vi gjorde det för att vi kunde. Det är grundforskning som visar att det är möjligt och vi hoppas att det ska inspirera till vidare forskning som i sin tur kan leda till tillämpningar längre fram, säger Isak Engquist.

Studien finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse genom initiativet Wallenberg Wood Science Center.

Artikeln: Electrical current modulation in wood electrochemical transistor; Van Chinh Tran, Gabriella G. Mastantuoni, Marzieh Zabihipour, Lengwan Li, Lars Berglund, Magnus Berggren, Qi Zhou, Isak Engquist; PNAS Volume 120, publicerad online 24 april 2023. DOI: 10.1073/pnas.2218380120

Kontakt: Isak Engquist, biträdande professor, isak.engquist@liu.se, 011-36 34 01