211service.com
Een biologisch afbreekbare computerchip die verrassend goed presteert
Volgens nieuw onderzoek kunnen biologisch afbreekbare, op hout gebaseerde computerchips net zo goed presteren als chips die vaak worden gebruikt voor draadloze communicatie.
Elektronische componenten gemaakt van galliumarsenide zitten bovenop een oppervlak van nanocellulose, dat is gemaakt van hout.
De uitvinders stellen dat de nieuwe chips zouden kunnen helpen bij het aanpakken van het wereldwijde probleem van de snelle ophoping van elektronisch afval, waarvan sommige potentieel giftige materialen bevatten. De resultaten laten ook zien dat een transparant, van hout afgeleid materiaal, nanocellulosepapier genaamd, een aantrekkelijk alternatief is voor plastic als oppervlak voor flexibele elektronica.
Bij conventionele chipproductie worden elektronische componenten zoals transistors gemaakt op het oppervlak van een stijve wafer gemaakt van een halfgeleidend materiaal zoals silicium. Onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin, onder leiding van Zhenqiang (Jack) Ma , een professor in elektrische en computertechniek, maakte de elektronische componenten op een vergelijkbare manier, maar gebruikte vervolgens een rubberen stempel om ze van de wafer te tillen en over te brengen naar een nieuw oppervlak van nanocellulose. Dit verminderde de hoeveelheid halfgeleidend materiaal die werd gebruikt met een factor tot 5.000, zonder concessies te doen aan de prestaties.
In twee recente demonstraties lieten Ma en zijn collega's zien dat ze nanocellulose kunnen gebruiken als ondersteuningslaag voor radiofrequentiecircuits die vergelijkbaar zijn met die welke vaak worden gebruikt in smartphones en tablets. Ze toonden ook aan dat deze chips kunnen worden afgebroken door een gewone schimmel.
De overgrote meerderheid van het halfgeleidende materiaal in de hedendaagse chips vormt de steunlaag en de actieve elektronische componenten vertegenwoordigen slechts een zeer kleine fractie. Dat is duur afval, zegt Ma, en bij sommige materialen kan het leiden tot gevaarlijke vervuiling als een apparaat wordt weggegooid.
In de afgelopen jaren hebben onderzoekers aangetoond dat nanocellulose, dat wordt gemaakt door houtvezels tot op nanoschaal af te breken, een levensvatbaar ondersteuningsmateriaal kan zijn voor een verscheidenheid aan elektronische apparaten, waaronder zonnecellen. De recente demonstraties zijn echter de eerste die eigenschappen onthullen die het materiaal veelbelovend maken voor gebruik in efficiënte, hoogwaardige radiofrequentiecircuits, zegt Ma.
Ma zegt dat chips zoals die van zijn groep klaar zijn voor commercialisering. Maar hij denkt dat er waarschijnlijk een verhoogde milieudruk of een prijsstijging van zeldzame halfgeleidermaterialen zoals gallium nodig zal zijn voor de reguliere elektronica-industrie om haar huidige praktijken te veranderen en te overwegen om chips van hout te maken.
Technieken voor het vervaardigen van apparaten zoals die Ma en zijn collega's hebben gemaakt, worden steeds meer ingeburgerd in de elektronica-industrie, zegt John Rogers , een professor in materiaalkunde aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign. Rogers ontwikkelde oorspronkelijk de methode die Ma's groep gebruikte om kleine hoeveelheden halfgeleidend materiaal van een grote wafel over te brengen naar het nanocellulose-oppervlak.
Het leger is erg geïnteresseerd in tijdelijke elektronica die op de een of andere manier zou verslechteren om te voorkomen dat gevoelige elektronica in handen van tegenstanders zou vallen, zegt Rogers. Maar misschien wel het belangrijkste aspect van Ma's recente demonstraties is het potentiële milieuvoordeel, zegt hij. Apparaten in alle soorten en maten die draadloos kunnen communiceren, groeien snel en deze trend vertoont geen tekenen van vertraging. Mensen upgraden hun apparaten vaak en verouderde apparaten worden vaak weggegooid. Wat gebeurt er met al die afvalstromen? Ik denk dat dat een vrij legitieme vraag is om te stellen, zegt hij.