美用木材製成可降解電腦晶片
- 發佈時間：2015-05-28 02:32:29 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京5月27日電 （記者陳丹）電子産品通常由不可再生、不可生物降解並可能有毒的物質製成，其更新換代速度之快，帶來的是日益沉重的環境負擔。為此，美國威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員與美國農業部林産品實驗室合作，拿出了令人吃驚的解決方案：一個幾乎全部由木材製成的半導體晶片。
威斯康星大學麥迪遜分校電氣和電腦工程系教授馬振強（音譯）領導的研究團隊在26日出版的《自然·通訊》雜誌上發表論文，描述了這一新器件，證實了用由木材製成的柔性可降解材料——纖維素奈米纖維（CNF）作為電腦晶片基底的可行性。
“晶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。”馬振強説，“現在晶片很安全了，你可以把它們丟棄到森林裏，讓真菌去降解。它們變得和肥料一樣安全。”
農業部林産品實驗室工程複合材料科學研究組項目負責人蔡智勇（音譯）自2009年以來就在研發環保奈米材料。“如果你將一棵大樹砍成一絲絲纖維，得到的最常見産品是紙張。纖維的尺寸是微米級。”他説，“但如果我們能夠進一步將其分解到奈米級呢？在這樣尺度下，就可以製造出非常堅固、透明的CNF紙。”
蔡智勇的團隊與麥迪遜分校生物醫學工程教授龔紹勤（音譯）合作，攻克了將木材衍生材料用於電子器件的兩個主要障礙：表面光滑度和熱膨脹。他們在CNF表面覆上環氧樹脂涂層，同時解決了光滑度和防潮問題。
“與多為石油基的其他聚合物相比，CNF的優勢在於它是一種生物基材料，是可持續、生物相容和可生物降解的。”龔紹勤説，“而且，CNF的熱膨脹系數相對於其他聚合物來説更低。”
新型晶片的性能與現有晶片類似，但製造工藝更為環保。目前大多數無線設備都使用砷化鎵基微波晶片，新工藝可以大大減少這種昂貴且危害環境的物質的使用。論文合著者、麥迪遜分校電氣和電腦工程系研究生鄭伊煥（音譯）説：“我在一個5毫米×6毫米的晶片上整合了1500個砷化鎵電晶體，通常一個這樣尺寸的微波晶片上只有8到40個電晶體。我們用確定裝配技術，將設計與CNF結合在了一起，我們也將它用在任何想要的地方，製成一個完全功能性的電路，性能堪比現有晶片。”
馬振強則表示：“大規模生産目前的半導體晶片成本相當低，行業可能還需要一段時間來適應我們的設計。但是，柔性電子産品代表了未來，我相信我們會遙遙領先。”
纖維素奈米纖維（CNF）紙的迴圈過程示意圖：從木材中提取並製成的纖維素奈米纖維（CNF）紙經過真菌降解後，又重新回到森林，不會造成負面的環境影響。
