Gebruikers van draagbare elektronica hebben de neiging hun apparaten regelmatig te upgraden naarmate er nieuwe technologieën beschikbaar komen die meer functionaliteit en meer gemak bieden. Een rapport dat in 2012 door het Amerikaanse Environmental Protection Agency werd gepubliceerd, toonde aan dat jaarlijks ongeveer 152 miljoen mobiele apparaten worden weggegooid. waarvan slechts 10 procent wordt gerecycled - een erfenis van afval dat een enorme hoeveelheid natuurlijke hulpbronnen verbruikt en veel afval produceert dat is gemaakt van dure en niet-biologisch afbreekbare materialen zoals sterk gezuiverd silicium.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Wisconsin-Madison een nieuwe oplossing bedacht om de milieubelasting van afgedankte elektronica te verlichten. Ze hebben de haalbaarheid aangetoond van het maken van microgolf biologisch afbreekbare dunnefilmtransistoren van een transparant, flexibel biologisch afbreekbaar substraat gemaakt van goedkoop hout, cellulose nanofibrillated fiber (CNF) genoemd. Dit werk opent de deur voor groen, goedkoop, draagbare elektronische apparaten in de toekomst.

In een artikel dat deze week in de Technische Natuurkunde Brieven , beschrijven de onderzoekers het biologisch afbreekbare apparaat.

"We ontdekten dat transistors op basis van nanofibrillen op basis van cellulose superieure prestaties vertonen dan conventionele transistors op basis van silicium, " zei Zhenqiang Ma, de teamleider en een professor in elektrische en computertechniek aan de UW-Madison. "En de biobased transistors zijn zo veilig dat je ze in het bos kunt zetten, en schimmel zal ze snel afbreken. Ze worden zo veilig als kunstmest."

Vandaag de dag, de meeste draagbare elektronica is gebouwd op niet-hernieuwbare, niet-biologisch afbreekbare materialen zoals siliconenwafels, die sterk gezuiverd zijn, dure en stijve ondergronden, maar cellulose-nanogefibrilleerde vezelfilms hebben het potentieel om siliciumwafels te vervangen als elektronische substraten in milieuvriendelijke, goedkoop, draagbare gadgets of apparaten van de toekomst.

Cellulose nanofibrillated fiber is een duurzame, sterk, transparant nanomateriaal gemaakt van hout. In vergelijking met andere polymeren zoals kunststoffen, het houten nanomateriaal is biocompatibel en heeft een relatief lage thermische uitzettingscoëfficiënt, wat betekent dat het materiaal niet van vorm verandert als de temperatuur verandert. Al deze superieure eigenschappen maken cellulose-nanofibrillen een uitstekende kandidaat voor het maken van draagbare groene elektronica.

Om hoogwaardige apparaten te maken, Ma's team gebruikte silicium nanomembranen als het actieve materiaal in de transistor - stukjes ultradunne films (dunner dan een mensenhaar) die van het bulkkristal werden gepeld en vervolgens overgebracht en gelijmd op het cellulose nanofibrillsubstraat om een ​​flexibel, biologisch afbreekbare en transparante siliciumtransistor.

Maar om draagbare elektronica te maken, de biologisch afbreekbare transistor die nodig was om op microgolffrequenties te kunnen werken, dat is het werkbereik van de meeste draadloze apparaten. De onderzoekers voerden dus een reeks experimenten uit, zoals het meten van de stroom-spanningskarakteristieken om de functionele prestaties van het apparaat te bestuderen, die uiteindelijk aantoonde dat de biologisch afbreekbare transistor superieure microgolffrequentiewerkingsmogelijkheden heeft die vergelijkbaar zijn met bestaande halfgeleidertransistors.

"Biologisch afbreekbare elektronica biedt een nieuwe oplossing voor milieuproblemen die worden veroorzaakt door het streven van consumenten naar snel opgewaardeerde draagbare apparaten, "zei Ma. "Het kan worden verwacht dat toekomstige elektronische chips en draagbare apparaten veel groener en goedkoper zullen zijn dan die van vandaag."

Volgende, Ma en collega's zijn van plan een ingewikkelder circuitsysteem te ontwikkelen op basis van de biologisch afbreekbare transistors.