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近日，美國麻省理工學院（MIT）的研究團隊在《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)，成功制造出了無需半導體材料的有源電子設備器件。這項研究不僅為未來的電子制造開辟了新的途徑，也為小型企業(yè)自主生產(chǎn)簡單智能硬件提供了可能。 研究團隊使用了普通的3D打印機和成本低廉、可生物降解的材料，打印出了這些無需半導體材料的有源電子設備器件。雖然這些器件的性能目前還不足以與傳統(tǒng)半導體晶體管相比，但它們已經(jīng)能夠執(zhí)行一些基本的控制任務，如調(diào)節(jié)電動機的速度。這一突破性的進展意味著，未來我們或許可以用更加環(huán)保、低成本的方式生產(chǎn)電子設備。 
在實驗中，研究團隊發(fā)現(xiàn)摻雜銅納米顆粒的聚合物細絲具有一種特別的現(xiàn)象：當通過大電流時，材料會表現(xiàn)出顯著的電阻增加；而一旦停止供電，其電阻又迅速恢復到初始狀態(tài)。這種特性使得該材料可以被用作開關(guān)元件，類似于半導體中的晶體管。團隊嘗試了多種不同摻雜物（包括碳、碳納米管以及石墨烯）的聚合物細絲，但只有含銅納米顆粒的細絲展現(xiàn)出了自復位能力。 基于這一現(xiàn)象，研究團隊推測，電流導致的熱效應可能使銅粒子擴散開來，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)回的過程，也可能對電阻的變化有所貢獻。 利用這一原理，研究團隊開發(fā)出了一種新型邏輯門。這種邏輯門由銅摻雜聚合物制成的細絲構(gòu)成，可以通過調(diào)整輸入電壓來控制電阻變化。此外，向聚合物細絲中添加其他功能性微粒，還可以實現(xiàn)更加復雜多樣的應用。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，也為未來的智能硬件生產(chǎn)提供了新的思路。 |
