Wissenschaftler schaffen nachhaltige Computerchips auf Holzbasis

Hackschnitzelwissenschaftler finden heraus, wie man basierte Computerkomponenten herstellt 150526123835 1 540x360 GlockeYei Hwan Jung Wireless-Chips sind für viele Dinge gut, aber die Umgebung gehört definitiv nicht dazu. Die meisten enthalten Galliumarsenid, eine Chemikalie, die für die Lunge von Kleintieren giftig ist, und die überwiegende Mehrheit ist nicht biologisch abbaubar - die nicht recycelbaren Teile sammeln sich entweder auf Mülldeponien an oder werden von schlecht bezahlten Arbeitern gefährlich extrahiert. Angesichts der Prognose von Gartner von 25 Milliarden angeschlossenen Geräten bis 2020 könnte der Bedarf an saubereren Alternativen nicht greifbarer sein. Dank einer Zusammenarbeit zwischen der University of Wisconsin-Madison und dem in Madison ansässigen US-amerikanischen Department of Agriculture Forest Products Laboratory (FPL) steht eine Lösung möglicherweise vor der Tür.

In einem in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Artikel beschreiben Forscher der Partnerinstitutionen ihre Entstehung: einen Halbleiterchip, der fast ausschließlich aus Cellulose-Nanofibrille (CNF) besteht, einem flexiblen, biologisch abbaubaren Material aus Holz. Sie haben das richtig gelesen: ein Computerteil, das aus Bäumen hergestellt wurde. Der Schlüssel bestand offenbar darin, die richtige Komponente für die Substitution einzugrenzen - das Team entschied sich schließlich für die Trägerschicht (Substrat) des Computerchips, weil „ein Großteil des Materials in einem Chip Träger ist“, so der Elektro- und Computertechnikprofessor von UW-Madison Zhenjiang "Jack" Ma erzählte Science Daily. "Für alles andere verwenden wir nur weniger als ein paar Mikrometer."

Zellulose für den sichersten Einweg-Chip - „Sie können sie in den Wald legen und Pilze zersetzen ihn“, sagte Ma - hat jedoch ein problematisches Merkmal: Die Tendenz, je nach Feuchtigkeit die Form zu verlieren. “Holz ist ein natürliches hydroskopisches Material und könnte Feuchtigkeit aus der Luft anziehen “, sagte Shaoqin Gong, ein UW-Madison-Professor für biomedizinische Technik, gegenüber Science Daily. Den Forschern gelang es, dieses Problem zu lösen, indem sie die Cellulose mit einem Epoxidharz beschichteten. „Mit einer […] Beschichtung auf der Oberfläche der [Cellulose] haben wir die Oberflächenglätte und die Feuchtigkeitsbarriere gelöst“, sagte sie.

Umweltfreundlichkeit ist nicht der einzige Vorteil, den Chips auf Zellulosebasis bieten. Yei Hwan Jung, ein Doktorand in Elektro- und Computertechnik und Mitautor des Papiers, sagte gegenüber Science Daily, dass drahtlose Chips aus Holzmaterialien nicht nur „nachhaltig, biokompatibel und biologisch abbaubar“ sind, sondern auch deutlich weniger benötigen Toxine zu fabrizieren. „Ich habe 1.500 Galliumarsenidtransistoren in einem 5 x 6 Millimeter großen Chip hergestellt. Typischerweise gibt es für einen Mikrowellenchip dieser Größe nur acht bis 40 Transistoren. Der Rest des Gebiets ist nur verschwendet “, sagte er. „Wir nehmen unser Design und setzen es mit deterministischer Montagetechnik auf [Zellulose]. Dann können wir es überall dort platzieren, wo wir eine voll funktionsfähige Schaltung mit einer Leistung herstellen möchten, die mit vorhandenen Chips vergleichbar ist.“

Chips auf Zellulosebasis könnten eines Tages den Sprung vom Laborexperiment zur Ware schaffen, und Ma glaubt, dass die einfache Ausstattung moderner Produktionsanlagen mit den erforderlichen Materialien die Akzeptanz beschleunigen könnte. Aus Gründen der Gesundheit und der Umwelt ist dieser Tag hoffentlich nicht mehr weit.