Các nhà khoa học phát triển chip từ gỗ

Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ ước tính trong năm 2010, người Mỹ có 152 triệu sản phẩm điện tử di động thuộc diện quản lý sắp hết hạn lưu hành. Không nhiều trong số đó được tái chế, trong khi phần nhiều vẫn còn hoạt động.

Zhenqiang Ma, Giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Wisconsin, cho biết, ông quyết định theo đuổi hướng nghiên cứu chế tạo chip máy tính từ gỗ cây trong một buổi nghỉ trưa vào năm 2007, khi ông đọc trong một ấn phẩm ngành công nghiệp về núi thiết bị điện tử bị thải loại mỗi năm.

Theo khuynh hướng như hiện nay, ước tính trước 2017, nhân loại sẽ thải ra 65,4 triệu tấn rác điện tử mỗi năm.

Các chip bán dẫn trong tất cả các sản phẩm đó đóng vai trò như là bộ não của chúng bằng cách thực hiện các chức năng quan trọng như xử lý tín hiệu và bộ nhớ. Silicon là chất liệu truyền thống cho các thiết bị này - do đó mới có tên gọi Thung lũng Silicon (Silicon Valley).

Gần đây, loại chip từ vật liệu bán dẫn Gallium Arsenide (GA) đã được sử dụng rộng rãi, nhờ vào đặc tính giúp chúng trở nên lý tưởng cho điện thoại di động.
 
Một phần của một vi mạch từ Gallium Arsenide (GA). GA có tính chất bán dẫn tương tự như silicon, với lợi thế là nhanh hơn về bản chất.

Tiến sĩ Ma nói rằng cả hai loại chip trên đều làm gia tăng các vấn đề về môi trường: Sản xuất silicon tinh khiết cần cho các con chip tiêu tốn rất nhiều năng lượng, trong khi các chip từ chất bán dẫn GA lại chứa độc tố và rất khó tái chế.

Tiến sĩ Ma đã cố gắng giảm bớt gánh nặng môi trường này bằng cách tìm một vật liệu thân thiện hơn với sinh thái cho các con chip. Để được như vậy, ông đã làm việc với các đồng nghiệp tại Đại học Wisconsin và các nhà khoa học của Phòng thí nghiệm sản phẩm lâm nghiệp đặt ở Madison thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ.

Các nhà nghiên cứu đã nhận ra một điều quan trọng: Bộ phận chức năng chính của một con chip máy tính thường chỉ là một lớp bề mặt mỏng. Phần còn lại chỉ là giàn khung nâng đỡ, mặc dù khung này có một vài đặc tính đặc biệt.

Một phần của một vi mạch từ Gallium Arsenide (GA). GA có tính chất bán dẫn tương tự như silicon, với lợi thế là nhanh hơn về bản chất.

Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã tìm ra một cách để tạo nó từ giấy, đặc biệt là loại giấy cellulose nanofibril (CNF), hoàn toàn từ gỗ. Sản phẩm công nghệ nano được kiểm soát trên một quy mô rất nhỏ.

Các nhà khoa học nói rằng chip từ vật liệu CNF mang lại độ bền, tính dẫn nhiệt và các đặc tính điện cần thiết cho chất nền, hay lớp nâng đỡ (wafer), hầu hết các chip được gắn trên các khung đỡ này. Chất liệu CNF đã được sử dụng để chế tạo lớp khung đỡ vốn chiếm tới 99% của 1 con chip.

Để chống lại khuynh hướng hút ẩm và giãn nở của các sản phẩm gỗ, các nhà nghiên cứu đã phủ lên những con “chip giấy” lớp màng epoxy. Một sự trùng hợp hữu dụng đó là giấy CNF có đặc tính trong suốt, có thể có ích cho hiển thị thông tin hoặc các mục đích khác.

Các thử nghiệm trước đó với những tấm đỡ chip có thể phân hủy sinh học thường cho hiệu suất không tương xứng, nhưng khi thử nghiệm trong phòng lab, Tiến sĩ Ma và một đội kỹ thuật y sinh của đại học Wisconsin do Shaoqin Gong đứng đầu đã phát hiện ra rằng những con chip CNF hoạt động tốt như chip thông thường.

Chất liệu CNF đã được sử dụng để chế tạo lớp khung đỡ vốn chiếm tới 99% của 1 con chíp.

Những con chip mới này hầu hết có thể phân hủy sinh học. Trong một thử nghiệm, chúng phân hủy khá nhanh chóng khi bị các loại nấm thông thường tấn công. Ví dụ, ngay cả với lớp phủ epoxy, chúng cũng mất đi 10% trọng lượng trong vòng 28 ngày. Lớp phủ đó cuối cùng cũng sẽ phân rã.

Cũng theo tiến sĩ Ma, lớp mỏng GA sẽ vẫn còn, nhưng nói chung, chip CNF sẽ sử dụng loại chất liệu này ít hơn 3.000 đến 5.000 lần so với chip thông thường. Sự thay đổi đó có thể làm cho loại chip mới tiết kiệm hơn cũng như thân thiện hơn với môi trường.

Loại chip mới từ CNF dễ uốn dẻo, rất phù hợp cho các loại thiết bị điện tử có thể uốn cong.

Theo Khampha.vn