科学家用木头造出芯片 能够被迅速降解

2015-06-15 08:31:30 点击数:

据国外媒体报道,科学家用从树木取材造出可降解的计算机芯片。

威斯康星大学麦迪逊分校电子和计算机工程系教授马振强说他是在2007年的一次午餐休息时间决定从事这项研究的,当时他在一份行业刊物上看到,每年废弃的电子产品都堆积如山。

美国环境保护局估计,在2010年,美国人手上有1.52亿件移动电子产品准备作报废处理。很少电子产品会被回收,虽然很多还能用。

这些电子产品的核心是半导体芯片。硅是制造半导体芯片的传统材料——所有才有了硅谷这个名称。最近,砷化镓芯片也被广泛采用,砷化镓的特性使其成为了制造手机芯片的理想材料。

马振强说这两种芯片都引起了环境问题:生产芯片所需的纯化硅十分耗费能源,而砷化镓芯片含有毒物质,难以回收。

马振强希望能找到更环保的芯片原材料,以减轻环境负担。为此,他跟威斯康星大学的同事和美国农业部林产品实验室的科学家进行了合作。

计算机芯片中起作用的通常只是薄薄的顶层,其余的基片部分只是起支撑作用,虽然基片也含有某些特性。

研究人员最后用纸——确切来说,是纤维素纳米纤维(CNF)纸——造出了芯片基片,而这些纸完全是用木头做成的。科学家称这些CNF基片——也称为晶圆——具有制造芯片所需的强度、导热性和电气特性。

与马振强教授合作的美国农业部林产品实验室的蔡智勇从2009年就开始研发可持续的纳米材料。他说:“如果将一棵大树分解成纤维,所制成的最常见产品就是纸。而这些纤维的尺寸在微米级,那如果我们可以将它们进一步分解到纳米级又会怎样呢?在这个水平就可以制造出这种透明且非常牢固的纤维素纳米纤维纸。”

蔡智勇的团队解决了两个利用木制材料制造电子产品的主要障碍,那就是表面的光滑度和膨胀问题。蔡智勇说:“我们不希望它膨胀或收缩得太厉害,木头是天然的吸水性材料,可能吸收空气中的水分而膨胀。通过在纤维素纳米纤维表面覆盖上环氧树脂涂层,就解决了表面光滑度和防水问题。”

马振强说:“CNF纸是透明的,这种特性也许在将来某一天会派上用场,比如用于显示信息或其它目的。

在此之前实验的可生物降解芯片据说性能有限。但是在马振强和由龚绍琴(音译)领导的威斯康星大学生物医学工程团队在实验中发现,这些CNF芯片的性能跟传统芯片无异。

这些芯片的大部分是可生物降解的。在测试中,这些芯片会被常见的真菌迅速降解,甚至在涂上了环氧树脂之后,这些芯片的重量会在28天之内减少10%。马振强说这些涂层最终也会被降解。

这些CNF芯片还是会使用薄薄的一层砷化镓,但含量只是传统芯片的3000至5000分之一。马振强说:“目前大规模生产半导体的成本非常低,产业要适应我们的设计可能需要一定时间,不过将来的电子产品都会具有柔韧性,我们走在了技术发展的前沿。”