24小時(shí)服務(wù)熱線：13653805361
美國(guó)研制用木材制成可降解計(jì)算機(jī)芯片
作者：卓龍機(jī)械 發(fā)布日期：2017-02-27
電子產(chǎn)品通常由不可再生、不可生物降解并可能有毒的物質(zhì)制成，其更新?lián)Q代速度之快，帶來(lái)的是日益沉重的環(huán)境負(fù)擔(dān)。為此，美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員與美國(guó)農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室合作，拿出了令人吃驚的解決方案：一個(gè)幾乎全部由木材制成的半導(dǎo)體芯片。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電氣和計(jì)算機(jī)工程系教授馬振強(qiáng)（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在26日出版的《自然·通訊》雜志上發(fā)表論文，描述了這一新器件，證實(shí)了用由木材制成的柔性可降解材料——纖維素納米纖維（CNF）作為計(jì)算機(jī)芯片基底的可行性。
“芯片的大部分材料就是基底，其他材料我們只用了不到幾微米。”馬振強(qiáng)說(shuō)，“現(xiàn)在芯片很安全了，你可以把它們丟棄到森林里，讓真菌去降解。它們變得和肥料一樣安全。”
農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室工程復(fù)合材料科學(xué)研究組項(xiàng)目負(fù)責(zé)人蔡智勇（音譯）自2009年以來(lái)就在研發(fā)環(huán)保納米材料。“如果你將一棵大樹砍成一絲絲纖維，得到的常見(jiàn)產(chǎn)品是紙張。纖維的尺寸是微米級(jí)。”他說(shuō)，“但如果我們能夠進(jìn)一步將其分解到納米級(jí)呢？在這樣尺度下，就可以制造出非常堅(jiān)固、透明的CNF紙。”
蔡智勇的團(tuán)隊(duì)與麥迪遜分校生物醫(yī)學(xué)工程教授龔紹勤（音譯）合作，攻克了將木材衍生材料用于電子器件的兩個(gè)主要障礙：表面光滑度和熱膨脹。他們?cè)贑NF表面覆上環(huán)氧樹脂涂層，同時(shí)解決了光滑度和防潮問(wèn)題。
“與多為石油基的其他聚合物相比，CNF的優(yōu)勢(shì)在于它是一種生物基材料，是可持續(xù)、生物相容和可生物降解的。”龔紹勤說(shuō)，“而且，CNF的熱膨脹系數(shù)相對(duì)于其他聚合物來(lái)說(shuō)更低。”
新型芯片的性能與現(xiàn)有芯片類似，但制造工藝更為環(huán)保。目前大多數(shù)無(wú)線設(shè)備都使用砷化鎵基微波芯片，新工藝可以大大減少這種昂貴且危害環(huán)境的物質(zhì)的使用。論文合著者、麥迪遜分校電氣和計(jì)算機(jī)工程系研究生鄭伊煥（音譯）說(shuō)：“我在一個(gè)5毫米×6毫米的芯片上集成了1500個(gè)砷化鎵晶體管，通常一個(gè)這樣尺寸的微波芯片上只有8到40個(gè)晶體管。我們用確定裝配技術(shù)，將設(shè)計(jì)與CNF結(jié)合在了一起，我們也將它用在任何想要的地方，制成一個(gè)完全功能性的電路，性能堪比現(xiàn)有芯片。”
馬振強(qiáng)則表示：“大規(guī)模生產(chǎn)目前的半導(dǎo)體芯片成本相當(dāng)?shù)停袠I(yè)可能還需要一段時(shí)間來(lái)適應(yīng)我們的設(shè)計(jì)。但是，柔性電子產(chǎn)品代表了未來(lái)，我相信我們會(huì)遙遙領(lǐng)先。”
纖維素納米纖維（CNF）紙的循環(huán)過(guò)程示意圖：從木材中提取并制成的纖維素納米纖維（CNF）紙經(jīng)過(guò)真菌降解后，又重新回到森林，不會(huì)造成負(fù)面的環(huán)境影響。