https://frosthead.com

Αυτές οι νέες μάρκες υπολογιστών κατασκευάζονται από ξύλο

Η παγκόσμια εμμονή μας με τις εφήμερες καταναλωτικές ηλεκτρονικές συσκευές είναι γρήγορη και έχει ως αποτέλεσμα ένα τεράστιο παγκόσμιο πρόβλημα σκουπιδιών. Το περασμένο έτος απορρίφθηκαν πενήντα εκατομμύρια μετρικοί τόνοι των παλαιών μας smartphones, υπολογιστών, τηλεοράσεων και άλλων συσκευών για το επόμενο νέο πράγμα.

Ωστόσο, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison έχουν αναπτύξει έναν εκπληκτικό τρόπο να καταστήσουν πιο εύκολο το μέλλον των smartphones και των δισκίων για το περιβάλλον και τη συνείδηση. Αντικαθιστούν το μεγαλύτερο μέρος των τοξικών και μη βιοαποικοδομήσιμων υλικών στους σύγχρονους μικροεπεξεργαστές με ξύλο.

Η έρευνα έγινε σε συνεργασία με το Εργαστήριο Γεωργικών Δασικών Προϊόντων του Υπουργείου Γεωργίας των ΗΠΑ και αναλύεται λεπτομερώς σε πρόσφατη δημοσίευσή του στο Nature Communications .

Συγκεκριμένα, η μέθοδος των ερευνητών αντικαθιστά την άκαμπτη βάση ή υλικό υποστρώματος σε τσιπ smartphone και δισκίων, που συχνά αποτελούνται από αρσενικό γάλλιο που περιέχει αρσενικό, με νάνο φινίρισμα κυτταρίνης (CNF). Το CNF είναι ένα εύκαμπτο, διαφανές υλικό κατασκευασμένο από το σπάσιμο των κυτταρικών τοιχωμάτων του ξύλου στη νανο-κλίμακα και τη διαμόρφωση σε φύλλα, σαν το χαρτί.

Τα μικροσκοπικά τρανζίστορ και άλλα εξαρτήματα στα τσιπ της ομάδας εξακολουθούν να κατασκευάζονται από μέταλλα και άλλα δυνητικά τοξικά υλικά. Αλλά το ποσό αυτών των υλικών που χρησιμοποιούνται είναι τόσο μικρό που ο επικεφαλής ερευνητής και UW-Madison ηλεκτρολόγος και μηχανικός υπολογιστών καθηγητής Zhenqiang "Jack" Ma λέει ότι τα τσιπ μπορεί να καταναλωθεί από μύκητες και να γίνει "τόσο ασφαλές όσο το λίπασμα."

Φυσικά, το CNF με βάση το ξύλο δεν έχει τα ίδια χαρακτηριστικά με τα πετρελαιοειδή ή τα υλικά με βάση το μέταλλο που τυπικά χρησιμοποιούνται ως υποστρώματα σε κινητά τσιπ. Όπως κάθε υλικό με βάση το ξύλο, το CNF έχει την τάση να προσελκύει υγρασία και να επεκτείνεται και να συστέλλεται με μεταβολές της θερμοκρασίας - και τα δύο μεγάλα προβλήματα για μικροσκοπικά σφιχτά συσκευασμένα, μικροσκοπικά ανθεκτικά στην υγρασία. Για να γίνει το υλικό πιο κατάλληλο για χρήση στην ηλεκτρονική, ο Zhiyong Cai στο Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ και ο Shaoqin "Sarah" Gong στο UW-Madison συνεργάστηκαν για να δημιουργήσουν μια βιοαποικοδομήσιμη εποξειδική επίστρωση, η οποία κρατά το υλικό να προσελκύει νερό και να επεκτείνεται. Κάνει επίσης το υλικό ομαλότερο, μια σημαντική ιδιότητα για ένα υλικό που χρησιμοποιείται για την κατασκευή μικροσκοπικών τσιπ. Η Ma λέει ότι η ποσότητα του εποξειδικού που χρησιμοποιείται εξαρτάται από το πόσο χρόνο χρειάζεται το τσιπ για να διαρκέσει. Χρησιμοποιώντας λιγότερο εποξικά σημαίνει επίσης ότι ο μύκητας μπορεί να σπάσει το τσιπ πιο γρήγορα, αλλά ο Ma λέει ότι ο μύκητας θα κάνει πάντα το δρόμο του μέσα από το εποξικό.

Όπως και το αρσενικό του γαλλίου, το CNF πρέπει επίσης να έχει χαμηλή απώλεια ενέργειας ραδιοσυχνοτήτων, έτσι ώστε τα ασύρματα σήματα που μεταδίδονται και λαμβάνονται από το τσιπ δεν θα υποβαθμιστούν ή θα μπλοκαριστούν. "Η ομάδα μας έκανε τις δοκιμές απώλειας ενέργειας ραδιοσυχνοτήτων", λέει ο Ma, "και βρήκαμε, ωραία, όλα φαίνονται καλά".

Μόλις οι ερευνητές ήταν σίγουροι ότι το υλικό ήταν ένα βιώσιμο υποκατάστατο, το επόμενο βήμα ήταν να υπολογίσουμε πώς να αφαιρέσουμε όσο το δυνατόν αρσενικό του γαλλίου από ένα τσιπ και να το αντικαταστήσουμε με το CNF. Για το λόγο αυτό, ο Ma δανείστηκε μια τεχνική από κάποια άλλη εργασία του που σχεδίαζε ευέλικτα ηλεκτρονικά.

«Όταν φτιάχνουμε εύκαμπτα ηλεκτρονικά, ξεφλουδίζουμε ένα πολύ λεπτό στρώμα πυριτίου ή αρσενικούχου γαλλίου και το υπόστρωμα [υλικό κάτω από το] μπορεί να σωθεί», λέει ο Ma. "Γιατί λοιπόν δεν κάνουμε ακριβώς το ίδιο πράγμα και ξεφλουδίζουμε ένα μόνο στρώμα του αρχικού υποστρώματος και το βάζουμε στο CNF, αυτό το υπόστρωμα με βάση το ξύλο".

Το αρσενικό του γαλλίου χρησιμοποιείται στα τηλέφωνα ως υπόστρωμα και όχι στο πυρίτιο που είναι συνηθισμένο στους επεξεργαστές υπολογιστών, επειδή έχει πολύ καλύτερες ιδιότητες για τη μετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις - όπως στους πύργους κινητών τηλεφώνων. Όμως ο Ma λέει, παρά τα προβλήματα περιβάλλοντος και σπανιότητας με αρσενικό γάλλιο (είναι ένα σπάνιο υλικό), κανείς δεν είχε δημιουργήσει ένα τρανζίστορ ή κύκλωμα τύπου λεπτού υμενίου έξω από το υλικό και οι υπάρχουσες τεχνικές χρησιμοποιούν περισσότερο από την δυνητικά τοξική ουσία ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΗ.

Μόνο 10 τρανζίστορ χρειάζονται για ορισμένους τύπους τσιπ και η τεχνική που έχουν αναπτυχθεί επιτρέπει πολλά περισσότερα από αυτά που θα δημιουργηθούν σε μια περιοχή 4 χιλιοστών με 5 χιλιοστά. "Στην πραγματικότητα, μπορούμε να χτίσουμε χιλιάδες τρανζίστορ από αυτή την περιοχή και να μεταφέρουμε αυτά τα τρανζίστορ στο ξύλινο υπόστρωμα", λέει ο Μα. "Αυτό το υλικό CNF είναι εκπληκτικά καλό και κανείς δεν προσπάθησε ποτέ εφαρμογές υψηλής συχνότητας με αυτό."

Φυσικά, υπάρχουν και άλλα δυνητικά τοξικά υλικά στα φορητά ηλεκτρονικά, συμπεριλαμβανομένων των μπαταριών, και τα γυάλινα, μεταλλικά και πλαστικά κελύφη των συσκευών αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος των ηλεκτρονικών αποβλήτων. Αλλά οι πρόοδοι στα φιλικά προς το περιβάλλον πλαστικά και η πρόσφατη δουλειά που χρησιμοποιούν ίνες ξύλου για τη δημιουργία τρισδιάστατων μπαταριών προσφέρουν ελπίδα ότι θα μπορούσαμε μια μέρα να νιώσουμε καλύτερα για την αντικατάσταση των συσκευών γήρανσης.

Ωστόσο, η πραγματική πρόκληση θα είναι να αποκτήσουν τεράστιες μονάδες κατασκευής τσιπ και οι εταιρείες που απασχολούν ή να τις κατέχουν, να στραφούν σε νεώτερες, φιλικότερες προς το περιβάλλον μεθόδους όταν οι τρέχουσες τεχνικές είναι τόσο φθηνές. Ωστόσο, όταν κλιμακώνονται, το κόστος για τη δημιουργία CNF από ανανεώσιμες πηγές πρέπει να είναι και φθηνό, βοηθώντας τους κατασκευαστές συσκευών να αλλάξουν από τα παραδοσιακά υποστρώματα. Μετά από όλα, το ξύλο είναι άφθονο και δεν χρειάζεται να εξορύσσεται από το έδαφος όπως το γάλλιο. Η σχεδόν δύο χιλιετηρίδα ιστορία χαρτιού με βάση το ξύλο θα πρέπει επίσης να συμβάλει στη διατήρηση του κόστους της παραγωγής του CNF σε χαμηλά επίπεδα. "Η διαδικασία διάσπασης του ξύλου είναι πολύ καλή", λέει ο Ma.

Η ευλύγιστη φύση του CNF θα το κάνει κατάλληλη για τον αναδυόμενο τομέα των ευέλικτων ηλεκτρονικών συσκευών. Αλλά η Ma προειδοποιεί ότι η εμφάνιση ευέλικτων, φορητών, χαμηλού κόστους συσκευών θα αυξήσει επίσης σημαντικά την ποσότητα των ηλεκτρονικών αποβλήτων στο μη-πολύ απομακρυσμένο μέλλον.

«Είμαστε στον ορίζοντα της άφιξης των ευέλικτων ηλεκτρονικών», λέει ο Ma. "Ο αριθμός των ευέλικτων ηλεκτρονικών συσκευών θα είναι πολύ περισσότερο από ένα τηλέφωνο και ένα tablet ή φορητό υπολογιστή. Μάλλον θα έχουμε δέκα υπολογιστές. "

Μα ελπίζει ότι η ποσότητα των δυνητικών ηλεκτρονικών αποβλήτων που παράγονται από όλες αυτές τις συσκευές σε συνδυασμό με το ποσό των σπάνιων υλικών - αρσενικούχου γαλλίου και άλλων - που μπορούν να σωθούν χρησιμοποιώντας υλικά με βάση το ξύλο στα ηλεκτρονικά, θα καταλήξουν τελικά τόσο σε οικονομικό όσο και σε περιβαλλοντικό επίπεδο.

Αυτές οι νέες μάρκες υπολογιστών κατασκευάζονται από ξύλο