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近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）的研究團(tuán)隊(duì)在《虛擬與物理原型》雜志上發(fā)表了他們的突破性研究成果，他們利用全3D打印技術(shù)，成功制造出了無(wú)需半導(dǎo)體材料的有源電子設(shè)備器件。這項(xiàng)研究不僅為未來(lái)的電子制造開(kāi)辟了新的途徑，也為小型企業(yè)自主生產(chǎn)簡(jiǎn)單智能硬件提供了可能。 研究團(tuán)隊(duì)使用了普通的3D打印機(jī)和成本低廉、可生物降解的材料，打印出了這些無(wú)需半導(dǎo)體材料的有源電子設(shè)備器件。雖然這些器件的性能目前還不足以與傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶體管相比，但它們已經(jīng)能夠執(zhí)行一些基本的控制任務(wù)，如調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的速度。這一突破性的進(jìn)展意味著，未來(lái)我們或許可以用更加環(huán)保、低成本的方式生產(chǎn)電子設(shè)備。 
在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)摻雜銅納米顆粒的聚合物細(xì)絲具有一種特別的現(xiàn)象：當(dāng)通過(guò)大電流時(shí)，材料會(huì)表現(xiàn)出顯著的電阻增加；而一旦停止供電，其電阻又迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。這種特性使得該材料可以被用作開(kāi)關(guān)元件，類(lèi)似于半導(dǎo)體中的晶體管。團(tuán)隊(duì)嘗試了多種不同摻雜物（包括碳、碳納米管以及石墨烯）的聚合物細(xì)絲，但只有含銅納米顆粒的細(xì)絲展現(xiàn)出了自復(fù)位能力。 基于這一現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)，電流導(dǎo)致的熱效應(yīng)可能使銅粒子擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，從而增加了電阻；而在冷卻后，銅粒子重新聚集，電阻也隨之降低。此外，聚合物基質(zhì)從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)再轉(zhuǎn)回的過(guò)程，也可能對(duì)電阻的變化有所貢獻(xiàn)。 利用這一原理，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種新型邏輯門(mén)。這種邏輯門(mén)由銅摻雜聚合物制成的細(xì)絲構(gòu)成，可以通過(guò)調(diào)整輸入電壓來(lái)控制電阻變化。此外，向聚合物細(xì)絲中添加其他功能性微粒，還可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜多樣的應(yīng)用。這一成果不僅展示了全3D打印技術(shù)在電子制造領(lǐng)域的巨大潛力，也為未來(lái)的智能硬件生產(chǎn)提供了新的思路。 |
