Una matriz de transistores de silicio de microondas asentados sobre un sustrato CNF derivado de la madera. Crédito:Jung-Hun Seo, Shaoqin Gong y Zhenqiang Ma / Universidad de Wisconsin-Madison
Los usuarios de dispositivos electrónicos portátiles tienden a actualizar sus dispositivos con frecuencia a medida que se encuentran disponibles nuevas tecnologías que ofrecen más funcionalidad y más conveniencia. Un informe publicado por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. En 2012 mostró que aproximadamente 152 millones de dispositivos móviles se descartan cada año, de los cuales solo el 10 por ciento se recicla, un legado de desechos que consume una enorme cantidad de recursos naturales y produce una gran cantidad de basura hecha de materiales costosos y no biodegradables como el silicio altamente purificado.
Ahora, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han ideado una nueva solución para aliviar la carga ambiental de los dispositivos electrónicos desechados. Han demostrado la viabilidad de fabricar transistores de película fina biodegradables para microondas a partir de un sustrato biodegradable flexible hecho de madera barata, llamada fibra nanofibrilada de celulosa (CNF). Este trabajo abre la puerta al verde, bajo costo, dispositivos electrónicos portátiles en el futuro.
En un artículo publicado esta semana en el Letras de física aplicada , los investigadores describen el dispositivo biodegradable.
"Descubrimos que los transistores basados en fibra de nanofibrilación de celulosa exhiben un rendimiento superior al de los transistores convencionales basados en silicio, "dijo Zhenqiang Ma, el líder del equipo y profesor de ingeniería eléctrica e informática en la UW-Madison. "Y los transistores de base biológica son tan seguros que puedes ponerlos en el bosque, y los hongos los degradarán rápidamente. Se vuelven tan seguros como los fertilizantes ".
Hoy en día, la mayoría de los dispositivos electrónicos portátiles se basan en no renovables, materiales no biodegradables como obleas de silicio, que están altamente purificados, sustratos costosos y rígidos, pero las películas de fibra de nanofibrilación de celulosa tienen el potencial de reemplazar las obleas de silicio como sustratos electrónicos en ambientes amigables con el medio ambiente, bajo costo, aparatos o dispositivos portátiles del futuro.
La fibra nanofibrilada de celulosa es un fuerte, nanomaterial transparente de madera. En comparación con otros polímeros como los plásticos, el nanomaterial de madera es biocompatible y tiene un coeficiente de expansión térmica relativamente bajo, lo que significa que el material no cambiará de forma a medida que cambia la temperatura. Todas estas propiedades superiores hacen de la nanofibrilla de celulosa un candidato excelente para fabricar dispositivos electrónicos ecológicos portátiles.
Un nuevo chip transistor de silicio de microondas basado en CNF. Después de tres semanas de ponerlo en una pila de leña, el chip se degradó parcialmente con la ayuda de hongos. Crédito:Jung-Hun Seo, Shaoqin Gong y Zhenqiang Ma / Universidad de Wisconsin-Madison
Para crear dispositivos de alto rendimiento, El equipo de Ma empleó nanomembranas de silicio como material activo en el transistor:pedazos de películas ultrafinas (más delgadas que un cabello humano) se despegaron del cristal a granel y luego se transfirieron y pegaron sobre el sustrato de nanofibrillas de celulosa para crear una capa flexible, Transistor de silicio transparente y biodegradable.
Pero para hacer dispositivos electrónicos portátiles, el transistor biodegradable necesario para poder funcionar a frecuencias de microondas, que es el rango de trabajo de la mayoría de los dispositivos inalámbricos. Por lo tanto, los investigadores llevaron a cabo una serie de experimentos como medir las características de corriente-voltaje para estudiar el rendimiento funcional del dispositivo, que finalmente mostró que el transistor biodegradable tiene capacidades superiores de operación de frecuencia de microondas comparables a los transistores semiconductores existentes.
"Los productos electrónicos biodegradables brindan una nueva solución para los problemas ambientales provocados por la búsqueda de los consumidores de dispositivos portátiles rápidamente actualizados, ", dijo Ma." Se puede anticipar que los futuros chips electrónicos y dispositivos portátiles serán mucho más ecológicos y económicos que los de hoy ".
Próximo, Ma y sus colegas planean desarrollar un sistema de circuito más complicado basado en los transistores biodegradables.
