Transistor-Prototyp aus Holz
Foto: Van Chinh Tran / dpaTransistoren gehören zur universalen Technik der Elektronik und haben die Welt revolutioniert. Kein Smartphone, kein Computer, nicht einmal ein Radio oder Fernseher würde ohne sie funktionieren. Die kleinen Bauteile fungieren entweder als Schalter – ohne selbst ein bewegliches Teil zu besitzen – oder sie verstärken schwache Signale.
Um Transistoren zu produzieren, benötigen Hersteller üblicherweise Halbleitermetalle wie Silizium. Die aber können knapp werden – die weltweite Nachfrage nach Halbleitern war etwa während der Coronapandemie zeitweise größer als das Angebot. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler suchen deshalb nach Alternativen.
Nun hat ein Team einen Transistor aus Holz entwickelt. Für das Gerät kleideten die Wissenschaftler die faserige Substanz mit leitfähigem Kunststoff aus und verwendeten ein spezielles Gel. Das berichtet die Gruppe um Isak Engquist von der Universität Linköping im schwedischen Norrköping im Magazin »Proceedings« der Nationalen Akademie der Wissenschaften der USA (»PNAS«).
Zwar ist der Holztransistor deutlich größer als entsprechende moderne Bauteile. Aber den Forschern ging es bei der Entwicklung zunächst darum, grundsätzlich die Nutzbarkeit von Holz für elektrische Funktionen aufzuzeigen. Das Team entschied sich wegen dessen großer Festigkeit, geringer Dichte und großer Durchlässigkeit für Balsaholz.
In einem chemischen Bad entfernten die Forscher zunächst einen Teil des Holzbestandteils Lignin, um das Holz poröser zu machen. Ligninmoleküle bilden üblicherweise zu einem Teil die pflanzliche Zellwand des Gewächses. In die kleinen Gefäße des Holzes ließen sie dann einen speziellen leitfähigen Kombikunststoff laufen, der sich an den Gefäßwänden anlagerte.
»Aktive elektronische Funktionalität in Holz«
Der sogenannte Feldeffekt-Transistor besteht aus drei kleinen Leisten aus leitfähigem Balsaholz: Zwei breitere als Steuerelektroden sowie eine schmalere als Kanal zwischen Stromquelle und -abfluss. Die Hohlräume im Kanal befüllten die Forscher mit einem Gel-Elektrolyt, in dem sich Elektronen und Ionen bewegen können. Die Leisten lagen im 90-Grad-Winkel aufeinander und waren durch ein dünnes Zellulosetuch voneinander getrennt. Mit einem Steuerstrom bei einer Spannung von 2,5 Volt konnte der Stromfluss zwischen Quelle und Abfluss unterbrochen werden, sodass der Transistor seinen Zweck erfüllte.
»Dieses holzbasierte Gerät und das vorgeschlagene Arbeitsprinzip demonstrieren die Möglichkeit, aktive elektronische Funktionalität in Holz einzubauen, was verschiedene Arten von biobasierten elektronischen Geräten nahelegt«, schreiben die Studienautoren.
Die Forscher geben zu, dass ihr Transistor weder sonderlich leistungsstark noch schnell ist: Den Stromfluss abschalten kann er in einer Sekunde, allerdings dauert das Einschalten etwa fünf Sekunden. Die Wissenschaftler sind aber zuversichtlich, das Gerät verbessern zu können.
Anwendungsbereiche gebe es beispielsweise in der Bioelektronik, schreiben sie. »Wir erwarten, dass dieses Gerät und sein Konzept ein Sprungbrett für die Entwicklung holzbasierter elektrischer Komponenten sein werden«, heißt es weiter. Ob Handybauteile irgendwann einmal aus Holz bestehen werden, wird sich erst noch herausstellen müssen.
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