شريحة شبه موصلة مكونة من الخشب

"معظم المواد الموجودة في الشريحة هي الركيزة. يوضح الباحث الرئيسي: "نحن نستخدم فقط بضعة ميكرومترات لمكوناته الأخرى". "الآن، أصبحت الرقائق آمنة جدًا من الناحية البيئية بحيث يمكنك تركها في الغابة والسماح للفطريات بتحطيمها

يتم إلقاء المكونات الإلكترونية الموجودة في الأجهزة المحمولة - والتي تتكون غالبًا من مواد غير متجددة وغير قابلة للتحلل ومن المحتمل أن تكون سامة - في سلة المهملات بمعدل ينذر بالخطر كجزء من سعي المستهلك للحصول على الجهاز الإلكتروني الأكثر تقدمًا. تشكل رواسب النفايات الإلكترونية هذه خطراً في العديد من مناطق العالم.

كجزء من الجهود المبذولة لتخفيف العبء البيئي للأجهزة الإلكترونية، تمكن فريق من الباحثين من جامعة ويسكونسن ماديسون من تطوير حل مفاجئ: شريحة شبه موصلة تتكون بالكامل تقريبًا من الخشب. وقد نُشرت نتائج البحث مؤخرًا في المجلة العلمية المرموقة Nature Communications. يوضح المقال كيف يمكن استبدال الركيزة المعتادة، أو الطبقة الأساسية، لشريحة الكمبيوتر بسهولة بألياف السليلوز النانوية (ويكيبيديا) - وهي مادة مرنة وقابلة للتحلل يتم الحصول عليها من الخشب.

"معظم المواد الموجودة في الشريحة هي الركيزة. يوضح الباحث الرئيسي: "نحن نستخدم فقط بضعة ميكرومترات لمكوناته الأخرى". "الآن، أصبحت الرقائق آمنة جدًا من الناحية البيئية بحيث يمكنك تركها في الغابة والسماح للفطريات بتحطيمها. لقد أصبحت آمنة مثل الأسمدة." إذا أخذت شجرة كبيرة وقسمتها إلى ألياف فردية، فإن المنتج الأكثر شيوعًا هو الورق. ويوضح الباحث أن أبعاد الألياف تكون على مستوى الميكرون. "ولكن ماذا سيحدث إذا قمنا بتحليلها إلى مستوى النانومتر؟ وعلى هذا المستوى، يمكنك تحويل هذا المنتج إلى ورق شفاف وقوي للغاية مكون من ألياف السليلوز."

واجه الباحثون عائقين رئيسيين عندما يتعلق الأمر باستخدام المواد الخشبية في الأجهزة الإلكترونية: نعومة السطح والتمدد الحراري. "أنت لا تريد أن تتوسع المادة أو تتقلص أكثر من اللازم. يوضح الباحث: "الخشب مادة طبيعية استرطابية قادرة على امتصاص الرطوبة من الهواء والتمدد". "وباستخدام طلاء إيبوكسي على سطح ألياف السليلوز النانوية، تمكنا من حل المشكلتين معًا."

"إن الميزة الكبيرة لألياف السليلوز النانوية مقارنة بالبوليمرات الأخرى تكمن في كونها مادة بيولوجية، في حين أن البوليمرات الأخرى عبارة عن بوليمرات تعتمد على البترول ومنتجاته. ويشير الباحث إلى أن "المواد الحيوية هي مواد مستدامة ومتوافقة حيوياً وتتحلل بيولوجياً". "وأيضًا، بالمقارنة مع البوليمرات الأخرى، فإن ألياف السليلوز النانوية لديها في الواقع معامل تمدد حراري منخفض نسبيًا."

وأظهر الباحثون أيضًا عملية أكثر صداقة للبيئة لتصنيع هذه الرقائق. تشتمل معظم الأجهزة اللاسلكية اليوم على شرائح زرنيخيد الغاليوم نظرًا لتحسين تشغيلها عالي التردد وأدائها الإلكتروني. وفي الوقت نفسه، قد تكون مادة زرنيخيد الغاليوم سامة للبيئة، خاصة بعد التخلص من كميات كبيرة من الأجهزة الإلكترونية اللاسلكية. ونجح الباحثون في تطوير عملية جديدة تقلل بشكل كبير من استخدام هذه المادة الباهظة الثمن والسامة. "لقد تمكنت من وضع 1500 ترانزستور زرنيخيد الغاليوم على شريحة بمساحة 5 × 6 ملليمتر. بالنسبة لشريحة بهذا الحجم، عادة ما يتم وضع 40-8 ترانزستورات فقط. ويشير إلى أن بقية المنطقة ببساطة غير ضرورية. "لقد أخذنا تصميمنا وطبقناه على ألياف السليلوز النانوية باستخدام طريقة تجميع فعالة، لذلك نحن قادرون على وضعها أينما نريد وإنشاء دائرة كهربائية نشطة بالكامل بأداء مساوٍ للرقائق الموجودة."

وفي حين أن قدرة هذه المواد على التحلل الحيوي سيكون لها تأثير إيجابي على البيئة، يشير الباحث إلى أن مرونة التكنولوجيا ستؤدي إلى اعتماد هذه الرقائق الإلكترونية على نطاق واسع. يقول الباحث: "إن الإنتاج الضخم الحالي لرقائق أشباه الموصلات رخيص جدًا، لذا قد يستغرق الأمر وقتًا طويلاً قبل أن تبدأ الصناعة في استخدام تصميمنا". "ومع ذلك، فإن الإلكترونيات المرنة هي المستقبل، ونحن نعتقد أننا قريبون جدًا من تحقيق ذلك."

أخبار الدراسة على الموقع الإلكتروني لجامعة ويسكونسن في الطب