《電子技術(shù)應(yīng)用》
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科學(xué)家用木頭造出芯片 能夠被迅速降解

2015-06-15

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  據(jù)國外媒體報(bào)道,科學(xué)家用從樹木取材造出可降解計(jì)算機(jī)芯片。

  威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電子和計(jì)算機(jī)工程系教授馬振強(qiáng)說他是在2007年的一次午餐休息時(shí)間決定從事這項(xiàng)研究的,當(dāng)時(shí)他在一份行業(yè)刊物上看到,每年廢棄的電子產(chǎn)品都堆積如山。

  美國環(huán)境保護(hù)局估計(jì),在2010年,美國人手上有1.52億件移動(dòng)電子產(chǎn)品準(zhǔn)備作報(bào)廢處理。很少電子產(chǎn)品會(huì)被回收,雖然很多還能用。

  這些電子產(chǎn)品的核心是半導(dǎo)體芯片。硅是制造半導(dǎo)體芯片的傳統(tǒng)材料——所有才有了硅谷這個(gè)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(jī)芯片的理想材料。

  馬振強(qiáng)說這兩種芯片都引起了環(huán)境問題:生產(chǎn)芯片所需的純化硅十分耗費(fèi)能源,而砷化鎵芯片含有毒物質(zhì),難以回收。

  馬振強(qiáng)希望能找到更環(huán)保的芯片原材料,以減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。為此,他跟威斯康星大學(xué)的同事和美國農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家進(jìn)行了合作。

  計(jì)算機(jī)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??茖W(xué)家稱這些CNF基片——也稱為晶圓——具有制造芯片所需的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和電氣特性。

  與馬振強(qiáng)教授合作的美國農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)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(chǎn)品就是紙。而這些纖維的尺寸在微米級(jí),那如果我們可以將它們進(jìn)一步分解到納米級(jí)又會(huì)怎樣呢?在這個(gè)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?!?/p>

  蔡智勇的團(tuán)隊(duì)解決了兩個(gè)利用木制材料制造電子產(chǎn)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?!?/p>

  馬振強(qiáng)說:“CNF紙是透明的,這種特性也許在將來某一天會(huì)派上用場(chǎng),比如用于顯示信息或其它目的。

  在此之前實(shí)驗(yàn)的可生物降解芯片據(jù)說性能有限。但是在馬振強(qiáng)和由龔紹琴(音譯)領(lǐng)導(dǎo)的威斯康星大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),這些CNF芯片的性能跟傳統(tǒng)芯片無異。

  這些芯片的大部分是可生物降解的。在測(cè)試中,這些芯片會(huì)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(huì)在28天之內(nèi)減少10%。馬振強(qiáng)說這些涂層最終也會(huì)被降解。

  這些CNF芯片還是會(huì)使用薄薄的一層砷化鎵,但含量只是傳統(tǒng)芯片的3000至5000分之一。馬振強(qiáng)說:“目前大規(guī)模生產(chǎn)半導(dǎo)體的成本非常低,產(chǎn)業(yè)要適應(yīng)我們的設(shè)計(jì)可能需要一定時(shí)間,不過將來的電子產(chǎn)品都會(huì)具有柔韌性,我們走在了技術(shù)發(fā)展的前沿?!?/p>


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