科學家用木頭造出芯片 能夠被迅速降解
2015-06-14 06:47:37 N
威斯康星大學麥迪遜分校電子和計算機工程系教授馬振強說他是在2007年的一次午餐休息時間決定從事這項研究的，當時他在一份行業(yè)刊物上看到，每年廢棄的電子產品都堆積如山。
美國環(huán)境保護局估計，在2010年，美國人手上有1.52億件移動電子產品準備作報廢處理。很少電子產品會被回收，雖然很多還能用。
這些電子產品的核心是半導體芯片。硅是制造半導體芯片的傳統材料——所有才有了硅谷這個名稱。最近，砷化鎵芯片也被廣泛采用，砷化鎵的特性使其成為了制造手機芯片的理想材料。
馬振強說這兩種芯片都引起了環(huán)境問題：生產芯片所需的純化硅十分耗費能源，而砷化鎵芯片含有毒物質，難以回收。
馬振強希望能找到更環(huán)保的芯片原材料，以減輕環(huán)境負擔。為此，他跟威斯康星大學的同事和美國農業(yè)部林產品實驗室的科學家進行了合作。
計算機芯片中起作用的通常只是薄薄的頂層，其余的基片部分只是起支撐作用，雖然基片也含有某些特性。
研究人員最后用紙——確切來說，是纖維素納米纖維（CNF）紙——造出了芯片基片，而這些紙完全是用木頭做成的。科學家稱這些CNF基片——也稱為晶圓——具有制造芯片所需的強度、導熱性和電氣特性。
與 馬振強教授合作的美國農業(yè)部林產品實驗室的蔡智勇從2009年就開始研發(fā)可持續(xù)的納米材料。他說：“如果將一棵大樹分解成纖維，所制成的最常見產品就是 紙。而這些纖維的尺寸在微米級，那如果我們可以將它們進一步分解到納米級又會怎樣呢？在這個水平就可以制造出這種透明且非常牢固的纖維素納米纖維紙。”
蔡 智勇的團隊解決了兩個利用木制材料制造電子產品的主要障礙，那就是表面的光滑度和膨脹問題。蔡智勇說：“我們不希望它膨脹或收縮得太厲害，木頭是天然的吸 水性材料，可能吸收空氣中的水分而膨脹。通過在纖維素納米纖維表面覆蓋上環(huán)氧樹脂涂層，就解決了表面光滑度和防水問題。”
馬振強說：“CNF紙是透明的，這種特性也許在將來某一天會派上用場，比如用于顯示信息或其它目的。
在此之前實驗的可生物降解芯片據說性能有限。但是在馬振強和由龔紹琴（音譯）領導的威斯康星大學生物醫(yī)學工程團隊在實驗中發(fā)現，這些CNF芯片的性能跟傳統芯片無異。
這些芯片的大部分是可生物降解的。在測試中，這些芯片會被常見的真菌迅速降解，甚至在涂上了環(huán)氧樹脂之后，這些芯片的重量會在28天之內減少10%。馬振強說這些涂層最終也會被降解。
這些CNF芯片還是會使用薄薄的一層砷化鎵，但含量只是傳統芯片的3000至5000分之一。馬振強說：“目前大規(guī)模生產半導體的成本非常低，產業(yè)要適應我們的設計可能需要一定時間，不過將來的電子產品都會具有柔韌性，我們走在了技術發(fā)展的前沿。”
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