大阪大学的古贺大尚副教授等人组成的研究团队成功地利用源自木材的材料“纤维素纳米纤维（CNF）”制作了半导体。经过改良，可以通过高温加热导电，有助于实现利用可自然分解的材料制造智能手机和个人电脑的核心部件——电子电路的方法。这种半导体有望减少在发展中国家等造成环境问题的含铜和铅的废弃物。计划5～10年后投入使用。
在口罩上张贴利用源自木材的半导体制作的传感器检测飞沫（供图：大阪大学）
这是大阪大学与东京大学、九州大学和冈山大学共同取得的研究成果，相关内容已经发布在美国科学期刊上。纤维素纳米纤维是将纸的原料纸浆等分解成纳米（纳米为10亿分之1米）大小的纤维。即使燃烧也不会实际排放二氧化碳，而且容易分解。
研究团队利用这种材料已经开发了电子纸、存储器和电子电路基板等，再加上半导体，电路的主要元素都可以由木材制造了。
随着智能手机和个人电脑的普及，铜、铅和塑料等来自电子产品的废弃物（电子垃圾）越来越多。预计到2030年，全球产生的电子垃圾将超过7千万吨。除了有害金属可能危害人类和动物的健康外，塑料还会破损成残留在鱼体内等的微塑料。如果能用木材制造电子电路和部件，将有助于解决这个问题。
大阪大学等的研究团队此次发现，将直径约20纳米的纤维素纳米纤维加热至300～1100℃后会改变其导电能力。原本不导电的绝缘体，但提高加热温度后，就会形成新的碳结构，材料就变成了半导体。电阻率最小为1/100欧姆厘米，接近导体。如果进一步提高处理温度的话，还可以生产出导体。
然而，单纯加热纤维素纳米纤维的话会燃烧。因此，研究团队向其中输入氮气排出氧气。为保持脆弱纤维的精细结构，还加入了碘气体以便从纤维中去除氢原子。
为验证新开发的半导体的性能，研究团队制作了检测水分等的附着情况的传感器。将其张贴到口罩上确认，电阻值会随着呼吸而变化，可以检测飞沫的泄露情况。在使用葡萄糖的燃料电池中嵌入该半导体进行实验发现，可以有效提取电子并提高发电性能。
目前的加工精度约为0.1毫米，但继续强化微细加工技术的话，还有望应用于CPU（中央处理器）等集成电路。纤维素纳米纤维价格比较昂贵，研究团队还计划利用疏伐材等未利用木材、纸张和杂草等制作半导体，以降低成本。
日文：草盐拓郎、《日经产业新闻》，2022/6/6
中文：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：美国科学杂志《ACS Nano》（在线）
题目：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
