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Un chip per computer biodegradabile che funziona sorprendentemente bene
Secondo una nuova ricerca, i chip per computer biodegradabili a base di legno possono funzionare altrettanto bene dei chip comunemente usati per le comunicazioni wireless.
I componenti elettronici in arseniuro di gallio si trovano su una superficie in nanocellulosa, che è fatta di legno.
Gli inventori sostengono che i nuovi chip potrebbero aiutare ad affrontare il problema globale del rapido accumulo di rifiuti elettronici, alcuni dei quali contengono materiali potenzialmente tossici. I risultati mostrano anche che un materiale trasparente derivato dal legno chiamato carta nanocellulosica è un'interessante alternativa alla plastica come superficie per l'elettronica flessibile.
Nella produzione di chip convenzionale, i componenti elettronici come i transistor sono realizzati sulla superficie di un wafer rigido costituito da un materiale semiconduttore come il silicio. I ricercatori dell'Università del Wisconsin, guidati da Zhenqiang (Jack) Ma , un professore di ingegneria elettrica e informatica, ha realizzato i componenti elettronici in modo simile, ma poi ha utilizzato un timbro di gomma per sollevarli dal wafer e trasferirli su una nuova superficie di nanocellulosa. Ciò ha ridotto la quantità di materiale semiconduttore utilizzato di un fattore fino a 5.000, senza sacrificare le prestazioni.
In due recenti dimostrazioni, Ma e i suoi colleghi hanno dimostrato di poter utilizzare la nanocellulosa come strato di supporto per circuiti a radiofrequenza con prestazioni paragonabili a quelle comunemente utilizzate negli smartphone e nei tablet. Hanno anche dimostrato che questi trucioli possono essere scomposti da un fungo comune.
La stragrande maggioranza del materiale semiconduttore nei chip odierni costituisce lo strato di supporto e i componenti elettronici attivi rappresentano solo una piccolissima frazione. Questo è uno spreco costoso, dice Ma, e nel caso di alcuni materiali può portare a un pericoloso inquinamento quando un dispositivo viene buttato via.
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno dimostrato che la nanocellulosa, che si ottiene scomponendo le fibre di legno su scala nanometrica, può essere un valido materiale di supporto per una varietà di dispositivi elettronici, comprese le celle solari. Tuttavia, le recenti dimostrazioni sono le prime a rivelare proprietà che rendono il materiale promettente per l'uso in circuiti a radiofrequenza efficienti e ad alte prestazioni, afferma Ma.
Ma dice che patatine come quelle prodotte dal suo gruppo sono pronte per la commercializzazione. Ma pensa che sia probabile che ci sia una maggiore pressione ambientale, o un aumento del prezzo di materiali semiconduttori rari come il gallio, affinché l'industria elettronica tradizionale cambi le sue pratiche attuali e consideri la produzione di trucioli dal legno.
Le tecniche per la produzione di dispositivi come quelli realizzati da Ma e dai suoi colleghi stanno diventando sempre più affermate nell'industria elettronica, afferma John Rogers , professore di scienze dei materiali presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign. Rogers ha originariamente sviluppato il metodo utilizzato dal gruppo di Ma per trasferire piccole quantità di materiale semiconduttore da un grande wafer alla superficie di nanocellulosa.
I militari sono molto interessati all'elettronica transitoria che si degraderebbe in qualche modo per evitare che l'elettronica sensibile cada nelle mani degli avversari, afferma Rogers. Ma forse l'aspetto più importante delle recenti dimostrazioni di Ma è il potenziale beneficio ambientale, dice. I dispositivi di tutte le forme e dimensioni in grado di comunicare in modalità wireless stanno proliferando rapidamente e questa tendenza non mostra segni di rallentamento. Le persone aggiornano spesso i loro dispositivi e i dispositivi obsoleti vengono comunemente buttati via. Cosa sta succedendo a tutti quei flussi di rifiuti? Penso che sia una domanda abbastanza legittima da porre, dice.