科技日报10月22日报道，美国麻省理工学院团队在电子制造领域取得一项重要进展：他们利用全3D打印技术，制作出了不需要半导体材料的有源电子设备器件。这一成果发表在《虚拟与物理原型》杂志上，为电子制造行业提供了新的方向。这些元器件使用3D打印机，用低成本和可生物降解的材料进行打印。尽管这些器件的性能尚未达到传统半导体晶体管的水平，但它们已经能够完成一些基础的控制任务，例如调整电动机的转速。这项技术消耗的能量较少，产生的废弃物也较少，既降低了制造成本，又减轻了对环境的影响。
在实验中，研究人员发现，含有铜纳米颗粒的聚合物细丝在通过较大电流时会表现出明显的电阻增加现象，而在断电后，其电阻又能迅速恢复原状。这一特性使得该材料可以用作开关元件，其功能类似于半导体中的晶体管。研究团队测试了多种不同掺杂材料的聚合物细丝，包括碳、碳纳米管和石墨烯，但只有含有铜纳米颗粒的细丝现出了自复位的能力。团队推测，电流引起的热效应可能导致铜粒子扩散，从而增加了电阻；而在冷却后，铜粒子重新聚集，电阻随之降低。同时，聚合物基质的结晶态与非晶态之间的转变也可能对电阻变化有所影响。基于这一发现，研究团队开发了一种新型逻辑门，它由铜掺杂的聚合物细丝构成，通过调整输入电压来控制电阻的变化。此外，通过向聚合物细丝中添加其他功能性微粒，可以实现更加复杂和多样化的应用。
这一研究成果不仅展示了小型企业未来自主生产简单智能硬件的潜力，也为逻辑门等数字逻辑电路的基本单元提供了新的制造方法。这些基本单元如“与”、“或”、“非”等，可以通过不同的电路配置组成任何复杂的逻辑电路。尽管这些3D打印的有源电子设备组件的性能尚未能与晶体管相媲美，但它们已经具备了基本的控制功能，并且具有成本低、环境影响小的优势，有望成为晶体管的替代品。
