大阪大學的古賀大尚副教授等人組成的研究團隊成功地利用源自木材的材料「纖維素奈米纖維（CNF）」製作了半導體。經過改良，可以透過高溫加熱導電，有助於實施利用可自然分解的材料製造智慧型手機和個人電腦的核心部件——電子電路的方法。這種半導體有望減量在發展中國家等造成環境問題的含銅和鉛的廢棄物。計劃5～10年後投入使用。
在口罩上張貼利用源自木材的半導體製作的感測器檢測飛沫（供圖：大阪大學）
這是大阪大學與東京大學、九州大學和岡山大學共同取得的研究成果，相關内容已經發布在美國科學期刊上。纖維素奈米纖維是將紙的原料紙漿等分解成奈米（奈米爲10億分之1米）大小的纖維。即使燃燒也不會實際排放二氧化碳，而且容易分解。
研究團隊利用這種材料已經開發了電子紙、記憶體和電子電路基底層等，再加上半導體，電路的主要元素都可以由木材製造了。
隨着智慧型手機和個人電腦的普及，銅、鉛和塑膠等來自電子產品的廢棄物（電子廢棄物）越來越多。預計到2030年，全球產生的電子廢棄物將超過7千萬噸。除了有害金屬可能危害人類和動物的健康外，塑膠還會破損成殘留在魚活體內等的微塑膠。如果能用木材製造電子電路和部件，將有助於解決這個問題。
大阪大學等的研究團隊此次發現，將直徑約20奈米的纖維素奈米纖維加熱至300～1100℃後會改變其導電能力。原本不導電的絕緣體，但提高加熱溫度後，就會形成新的碳結構，材料就變成了半導體。電阻率最小爲1/100歐姆釐米，接近導體。如果進一步提高處理溫度的話，還可以生產出導體。
然而，單純加熱纖維素奈米纖維的話會燃燒。因此，研究團隊向其中輸入氮氣排出氧氣。爲保持脆弱纖維的精細結構，還加入了碘氣體以便從纖維中去除氫原子。
爲驗證新開發的半導體的性能，研究團隊製作了檢測水分等的附着情況的感測器。將其張貼到口罩上應答，電阻值會隨着呼吸而變化，可以檢測飛沫的泄露情況。在使用葡萄糖的燃料電池中嵌入該半導體進行實驗發現，可以有效提取電子並提高發電性能。
目前的加工精度約爲0.1毫米，但繼續操作強化微細加工技術的話，還有望應用於CPU（中央處理單元）等積體電路。纖維素奈米纖維價格比較昂貴，研究團隊還計劃利用疏伐材等未利用木材、紙張和雜草等製作半導體，以降低成本。
日文：草鹽拓郎、《日經產業新聞》，2022/6/6
中文：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：美國科學雜誌《ACS Nano》（線上）
題目：Nanocellulose Paper Semiconductor with a 3D Network Structure and Its Nano–Micro–Macro Trans-Scale Design
URL：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c10728
