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美國研制用木材制成可降解計算機芯片
作者：卓龍機械 發(fā)布日期：2017-02-27
電子產(chǎn)品通常由不可再生、不可生物降解并可能有毒的物質(zhì)制成，其更新?lián)Q代速度之快，帶來(lái)的是日益沉重的環(huán)境負擔。為此，美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員與美國農業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗室合作，拿出了令人吃驚的解決方案：一個(gè)幾乎全部由木材制成的半導體芯片。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電氣和計算機工程系教授馬振強（音譯）領(lǐng)導的研究團隊在26日出版的《自然·通訊》雜志上發(fā)表論文，描述了這一新器件，證實(shí)了用由木材制成的柔性可降解材料——纖維素納米纖維（CNF）作為計算機芯片基底的可行性。
“芯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。”馬振強說(shuō)，“現在芯片很安全了，你可以把它們丟棄到森林里，讓真菌去降解。它們變得和肥料一樣安全。”
農業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗室工程復合材料科學(xué)研究組項目負責人蔡智勇（音譯）自2009年以來(lái)就在研發(fā)環(huán)保納米材料。“如果你將一棵大樹(shù)砍成一絲絲纖維，得到的常見(jiàn)產(chǎn)品是紙張。纖維的尺寸是微米級。”他說(shuō)，“但如果我們能夠進(jìn)一步將其分解到納米級呢？在這樣尺度下，就可以制造出非常堅固、透明的CNF紙。”
蔡智勇的團隊與麥迪遜分校生物醫學(xué)工程教授龔紹勤（音譯）合作，攻克了將木材衍生材料用于電子器件的兩個(gè)主要障礙：表面光滑度和熱膨脹。他們在CNF表面覆上環(huán)氧樹(shù)脂涂層，同時(shí)解決了光滑度和防潮問(wèn)題。
“與多為石油基的其他聚合物相比，CNF的優(yōu)勢在于它是一種生物基材料，是可持續、生物相容和可生物降解的。”龔紹勤說(shuō)，“而且，CNF的熱膨脹系數相對于其他聚合物來(lái)說(shuō)更低。”
新型芯片的性能與現有芯片類(lèi)似，但制造工藝更為環(huán)保。目前大多數無(wú)線(xiàn)設備都使用砷化鎵基微波芯片，新工藝可以大大減少這種昂貴且危害環(huán)境的物質(zhì)的使用。論文合著(zhù)者、麥迪遜分校電氣和計算機工程系研究生鄭伊煥（音譯）說(shuō)：“我在一個(gè)5毫米×6毫米的芯片上集成了1500個(gè)砷化鎵晶體管，通常一個(gè)這樣尺寸的微波芯片上只有8到40個(gè)晶體管。我們用確定裝配技術(shù)，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，制成一個(gè)完全功能性的電路，性能堪比現有芯片。”
馬振強則表示：“大規模生產(chǎn)目前的半導體芯片成本相當低，行業(yè)可能還需要一段時(shí)間來(lái)適應我們的設計。但是，柔性電子產(chǎn)品代表了未來(lái)，我相信我們會(huì )遙遙領(lǐng)先。”
纖維素納米纖維（CNF）紙的循環(huán)過(guò)程示意圖：從木材中提取并制成的纖維素納米纖維（CNF）紙經(jīng)過(guò)真菌降解后，又重新回到森林，不會(huì )造成負面的環(huán)境影響。