 Пользователи портативной электроники, как правило, часто обновляют свои устройства, так как новые технологии, которые предлагают большую функциональность и удобство, становятся все более становятся доступными. Отчет, опубликованный агентством по охране окружающей среды США в 2012 году, показал, что около 152 млн мобильных устройств, выбрасывается каждый год, из которых только 10 процентов уходит на переработку. Как следствие, возникают отходы, которые потребляют огромное количество природных ресурсов и состоят из дорогих и не поддающихся биохимическому разложению материалов, таких как высоко очищенный кремний.
Теперь исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон придумали новое решение, чтобы облегчить нагрузку выброшенной электроники на окружающую среду. Они продемонстрировали возможность создания микроволновых биоразлагаемых тонкопленочных транзисторов из прозрачного, гибкого биоразлагаемого субствата, изготовленного из недорогой древесины, известной как целлюлозные наносвернутые волокна. Эта работа позволит создать дешевые и экологически чистые электронные устройства в будущем.
Исследователи обнаружили, что транзисторы на основе целлюлозных наносвернутых волокон демонстрируют превосходную производительность, как у обычных транзисторов на основе кремния. При этом биоразлагаемые транзисторы настолько безопасны, что их можно поместить в лесу, и грибок быстро деградирует их. Как результат, они становятся безопасными в качестве удобрения.
В настоящее время, большинство из портативной электроники построено из невозобновляемых, не поддающихся биохимическому разложению материалах, таких как кремниевые пластины, которые являются высоко очищенных, дорогих и жестких субстратами, но целлюлозные наносвернутые волокнистые пленки имеют потенциал для замены кремниевые пластины как электронные субстраты для портативных гаджетов и устройств будущего.
Целлюлозные наносвернутое волокно представляет собой устойчивый, сильный и прозрачный, наноматериал из дерева. По сравнению с другими полимерами, например, пластмассой, древесный наноматериал является биосовместимым и имеет относительно низкий коэффициент теплового расширения, что означает, что материал не будет изменять форму при изменении температуры. Все эти превосходные свойства делают его замечательным материалом для создания портативной электроники.
Для создания высокоэффективных устройств, исследователи использовали кремниевые наномембраны в качестве активного материала в транзисторе. Куски ультратонких пленок (тоньше человеческого волоса) были отслоены от объемного кристалла, а затем и склеены на субстрате для создания гибкого, биоразлагаемого и прозрачного кремниевого транзистора.
Но, чтобы сделать портативную электронику, биоразлагемому транзистору необходимо, иметь возможность работы на сверхвысоких частотах, что является рабочим диапазоном большинства беспроводных устройств. Так что исследователи провели серию экспериментов для изучения функциональных характеристик устройства, которые, наконец, показали, что биоразлагаемый транзистор имеет возможности, превосходящие микроволновую рабочую частоту, сравнимую с существующими полупроводниковыми транзисторами.
Биоразлагаемая электроника обеспечивает новое решение для экологических проблем, связанных с погоней потребителей за быстро модернизирующимися портативными устройствами. Ожидается, что в будущем электронные чипы и портативные устройства будут намного экологичнее и дешевле, чем сегодня. Ученые планируют разработать более сложную схему на основе биоразлагаемых транзисторов.
|
