Holz leitet Strom nicht? Kann es doch. Zumindest entwickeln schwedische Forscher einen Transistor, der aus leitfähig gemachtem Holz besteht. Er ist zwar noch sehr langsam, aber die Forscher sehen ihren Erfolg als "Sprungbrett" für eine Weiterentwicklung zu Elektronikbauteilen aus Holz.

Wissenschaftler haben einen Transistor aus leitfähig gemachtem Balsaholz entwickelt. Die Leitungsbahnen des Holzes eignen sich den Forschern zufolge gut, um sie mit einem leitfähigen Kunststoff auszukleiden und die Hohlräume mit einem Gel als Elektrolyt zu füllen. Die Gruppe um Isak Engquist von der Linköping-Universität in Norrköping (Schweden) stellt den Transistor in den "Proceedings" der US-Nationalen Akademie der Wissenschaften ("PNAS") vor.

Wissen 21.10.21

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"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 Nutzbarkeit von Holz für elektrische Funktionen zeigen sie an einem Transistor auf - also einem Schaltelement zum Steuern und Verstärken von Strömen oder Spannungen. Solche elektronische Bauteile sind heute milliardenfach in Smartphones und Computern verbaut - allerdings erheblich kleiner, als Engquist und Kollegen es entworfen haben.

Grundsätzlicher Nachweis des Funktionierens

Der Gruppe ging es aber zunächst darum, das Funktionieren grundsätzlich nachzuweisen. Die Wissenschaftler entschieden sich für Balsaholz wegen seiner großen Festigkeit, geringen Dichte und großen Durchlässigkeit. In einem chemischen Bad entfernten sie einen Teil des Holzbestandteils Lignin, um das Holz poröser zu machen. In die kleinen Gefäße des Holzes ließen sie den leitfähigen Kombi-Kunststoff PEDOT:PSS laufen, der sich an den Gefäßwänden anlagerte. Wie Tests ergaben, dringt auch ein Teil des Kunststoffs in das Holz ein.

Den sogenannten Feldeffekt-Transistor baute das Team um Engquist 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-Elektrolyten, 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.

Die Forscher geben zu, dass ihr Transistor nicht sehr leistungsstark und recht langsam ist: Den Stromfluss abschalten kann er in einer Sekunde, allerdings dauert das Einschalten etwa fünf Sekunden. Die Wissenschaftler sind aber zuversichtlich, dass das Gerät verbessert werden kann. Potenzial dafür sehen sie auf Gebieten wie Bioelektronik, biobasierte Elektronik und Pflanzenelektronik. "Wir erwarten, dass dieses Gerät und sein Konzept ein Sprungbrett für die Entwicklung holzbasierter elektrischer Komponenten sein werden", schreiben sie.