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科技日報北京10月22日電（記者張夢然）美國麻省理工學院團隊在電子製造領域取得一項重要進展：他們利用全3D列印科技，製作出了不需要半導體材料的有源電子設備器件。這一突破性研究發表在新一期《虛擬與物理原型》雜誌上，為將來的電子製造開闢了新途徑。
團隊使用普通的3D打印機和成本低廉、可生物降解的資料，列印了這些無半導體器件。雖然這些器件效能還不足以與傳統電晶體電晶體相比，但它們已能執行一些基本的控制任務，比如調節電動機的速度。這項新技術使用的能量較少，產生的廢物也更少，不僅降低了生產成本，還减少了對環境的影響。
實驗過程中，團隊發現摻雜銅納米顆粒的聚合物細絲具有一種特別的現象：當通過大電流時，資料會表現出顯著的電阻新增；而一旦停止供電，其電阻又迅速恢復到初始狀態。這種特性使該資料可被用作開關元件，類似於電晶體中的電晶體。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出了自復位能力。
基於這種現象，團隊認為，電流導致的熱效應或使銅粒子擴散開來，新增了電阻；而在冷卻後，銅粒子重新聚集，電阻隨之降低。此外，聚合物基質從結晶態轉變為非晶態再轉回的過程，也可能對電阻的變化有所貢獻。
利用這一原理，團隊開發出一種新型邏輯門，它由銅摻雜聚合物製成的細絲構成，可以通過調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，還可實現更加複雜多樣的應用。
這一成果展示了未來小型企業自主生產簡單智慧硬體的可能性。
邏輯門是數位邏輯電路基本單元，“或”“與”“非”“或非”“與非”，任何複雜的邏輯電路都可由這些邏輯門組成。電晶體可以實現對輸出電流的開關控制，通過不同電路配寘，實現多個邏輯門功能。此次，科研團隊成功利用全3D列印科技，製作出了不需要半導體材料的有源電子設備組件。雖然效能不足以媲美電晶體，但摻雜銅納米顆粒的聚合物細絲已經具備基本的控制功能，且這種資料成本低、廢物少，或能成為電晶體的“平替”。