När den globala efterfrågan på elektroniska enheter fortsätter att växa, så gör också belastningen på de ändliga resurser som används i deras produktion, såsom metaller och fossila bränslen. I ett försök att tillhandahålla förnybara alternativ, forskare från Osaka University har utvecklat ett nanokolmaterial för elektronikapplikationer tillverkat av kitin som härrör från krabbskal. Deras resultat publicerades i Journal of Materials Chemistry C .

Nanokolmaterial visar betydande lovande för användning i elektroniska enheter. Särskilt, de med porösa tredimensionella (3D) strukturer tillhandahåller effektiva nätverk för transport av laddning samt elektrolyter och reaktanter. Flödet genom dessa nätverk kan förbättras ytterligare genom tillägg av imperfektioner – så kallade defekter – i form av olika atomer, såsom kväve.

Ansträngningar att använda både syntetiska polymerer och biomassa för att framställa 3D-poröst nanokol med defekter, har lett till effektiv avkänning, energilagring, och elektrokatalysmaterial. Dock, många av dessa är gjorda av icke-förnybara resurser eller kräver flera steg för att förbereda nätverket och introducera defekterna.

Forskarna har därför utvecklat 3D porösa defekta nanokolmaterial genom enkel pyrolys - eller termisk nedbrytning - av kitin-nanofiberpapper. Kitin är en biopolymer som är huvudkomponenten i kräftdjursskal. Eftersom strukturen av kitin innehåller kväveatomer, det fungerar som sin egen källa till defekter och inga dopningssteg krävs.

"Vi kunde kontrollera olika egenskaper hos de slutliga nanokolmaterialen genom att pyrolysera kitin-nanofiberpapperet vid olika temperaturer, " säger studiens första författare Luting Zhu. "Porstrukturen, specifik yta, och elektrisk resistivitet varierade med pyrolystemperaturen, ger oss ett användbart sätt att ställa in materialet för specifika applikationer."

De pyrolyserade kitin-nanofiberpapperna användes framgångsrikt som fotosensorer - uppvisar lägre motstånd när de exponeras för ljus. De visade sig också vara effektiva superkondensatorelektroder (elektriska komponenter som kan lagra elektrisk laddning i ett elektriskt fält), med högre specifik kapacitans än många andra nanokolmaterial som hittills rapporterats, anger deras potential för användning vid energilagring.

"För att översätta laboratorieresultat till produkter som har en betydande inverkan i den verkliga världen är det viktigt att effektivisera processer, det är därför vi är glada över vår enkla pyrolysbehandling, " studie motsvarande författare Hirotaka Koga förklarar. "Dessutom, vår framgångsrika användning av en förnybar resurs som allmänt betraktas som en avfallsprodukt visar hållbar elektroniks lönsamhet."