Un réseau de transistors micro-ondes au silicium reposant sur un substrat CNF dérivé du bois. Crédit :Jung-Hun Seo, Shaoqin Gong et Zhenqiang Ma/Université du Wisconsin-Madison
Les utilisateurs d'appareils électroniques portables ont tendance à mettre à niveau leurs appareils fréquemment à mesure que de nouvelles technologies offrant plus de fonctionnalités et plus de commodité deviennent disponibles. Un rapport publié par l'Environmental Protection Agency des États-Unis en 2012 a montré qu'environ 152 millions d'appareils mobiles sont jetés chaque année, dont seulement 10 % sont recyclés, un héritage de déchets qui consomme une énorme quantité de ressources naturelles et produit beaucoup de déchets fabriqués à partir de matériaux coûteux et non biodégradables comme le silicium hautement purifié.
Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont mis au point une nouvelle solution pour alléger le fardeau environnemental des appareils électroniques mis au rebut. Ils ont démontré la faisabilité de fabriquer des transistors à couche mince biodégradables par micro-ondes à partir d'un matériau transparent, substrat souple biodégradable à base de bois peu coûteux, appelée fibre de cellulose nanofibrillée (CNF). Ce travail ouvre la porte au vert, à bas prix, appareils électroniques portables à l'avenir.
Dans un article publié cette semaine dans le Lettres de physique appliquée , les chercheurs décrivent le dispositif biodégradable.
« Nous avons constaté que les transistors à base de fibres nanofibrillées de cellulose présentent des performances supérieures à celles des transistors conventionnels à base de silicium, " dit Zhenqiang Ma, le chef d'équipe et un professeur de génie électrique et informatique à l'UW-Madison. "Et les transistors biosourcés sont si sûrs que vous pouvez les mettre dans la forêt, et les champignons les dégraderont rapidement. Ils deviennent aussi sûrs que l'engrais."
De nos jours, la majorité des appareils électroniques portables sont construits sur des matériaux non renouvelables, des matériaux non biodégradables tels que des plaquettes de silicium, qui sont hautement purifiés, substrats coûteux et rigides, mais les films de fibres nanofibrillées de cellulose ont le potentiel de remplacer les plaquettes de silicium en tant que substrats électroniques dans le respect de l'environnement, à bas prix, gadgets portables ou appareils du futur.
La fibre nanofibrillée de cellulose est un produit durable, fort, nanomatériau transparent fabriqué à partir de bois. Par rapport à d'autres polymères comme les plastiques, le nanomatériau de bois est biocompatible et a un coefficient de dilatation thermique relativement faible, ce qui signifie que le matériau ne changera pas de forme lorsque la température change. Toutes ces propriétés supérieures font de la nanofibrille de cellulose un candidat exceptionnel pour la fabrication d'électronique verte portable.
Une nouvelle puce de transistor en silicium micro-ondes à base de CNF. Après trois semaines de mise en tas de bois, la puce a été partiellement dégradée à l'aide de champignons. Crédit :Jung-Hun Seo, Shaoqin Gong et Zhenqiang Ma/Université du Wisconsin-Madison
Pour créer des appareils performants, L'équipe de Ma a utilisé des nanomembranes de silicium comme matériau actif dans le transistor - des morceaux de films ultra-minces (plus fins qu'un cheveu humain) décollés du cristal en vrac, puis transférés et collés sur le substrat de nanofibrilles de cellulose pour créer un flexible, transistor en silicium biodégradable et transparent.
Mais pour faire de l'électronique portable, le transistor biodégradable devait pouvoir fonctionner aux fréquences micro-ondes, qui est la plage de travail de la plupart des appareils sans fil. Les chercheurs ont ainsi mené une série d'expériences telles que la mesure des caractéristiques courant-tension pour étudier les performances fonctionnelles de l'appareil, qui a finalement montré que le transistor biodégradable a des capacités de fonctionnement à micro-ondes supérieures comparables aux transistors à semi-conducteurs existants.
« L'électronique biodégradable fournit une nouvelle solution aux problèmes environnementaux causés par la recherche par les consommateurs d'appareils portables rapidement mis à niveau, ", a déclaré Ma. "On peut s'attendre à ce que les futures puces électroniques et appareils portables soient beaucoup plus écologiques et moins chers que ceux d'aujourd'hui."
Prochain, Ma et ses collègues prévoient de développer un système de circuit plus compliqué basé sur les transistors biodégradables.
