威斯康星大学麦迪逊分校电气和计算机工程系教授马振强(音译)领导的研究团队在26日出版的《自然·通讯》杂志上发表论文，描述了这一新器件，证实了用由木材制成的柔性可降解材料——纤维素纳米纤维(CNF)作为计算机芯片基底的可行性。
“芯片的大部分材料就是基底，其他材料我们只用了不到几微米。”马振强说，“现在芯片很安全了，你可以把它们丢弃到森林里，让真菌去降解。它们变得和肥料一样安全。”
农业部林产品实验室工程复合材料科学研究组项目负责人蔡智勇(音译)自2009年以来就在研发环保纳米材料。“如果你将一棵大树砍成一丝丝纤维，得到的比较常见产品是纸张。纤维的尺寸是微米级。”他说，“但如果我们能够进一步将其分解到纳米级呢?在这样尺度下，就可以制造出非常坚固、透明的CNF纸。”
蔡智勇的团队与麦迪逊分校生物医学工程教授龚绍勤(音译)合作，攻克了将木材衍生材料用于电子器件的两个主要障碍：表面光滑度和热膨胀。他们在CNF表面覆上环氧树脂涂层，同时解决了光滑度和防潮问题。
“与多为石油基的其他聚合物相比，CNF的优势在于它是一种生物基材料，是可持续、生物相容和可生物降解的。”龚绍勤说，“而且，CNF的热膨胀系数相对于其他聚合物来说更低。”
新型芯片的性能与现有芯片类似，但制造工艺更为环保。目前大多数无线设备都使用砷化镓基微波芯片，新工艺可以大大减少这种昂贵且危害环境的物质的使用。论文合著者、麦迪逊分校电气和计算机工程系研究生郑伊焕(音译)说：“我在一个5毫米×6毫米的芯片上集成了1500个砷化镓晶体管，通常一个这样尺寸的微波芯片上只有8到40个晶体管。我们用确定装配技术，将设计与CNF结合在了一起，我们也将它用在任何想要的地方，制成一个完全功能性的电路，性能堪比现有芯片。”
马振强则表示：“大规模生产目前的半导体芯片成本相当低，行业可能还需要一段时间来适应我们的设计。但是，柔性电子产品代表了未来，我相信我们会遥遥领先。”
纤维素纳米纤维(CNF)纸的循环过程示意图：从木材中提取并制成的纤维素纳米纤维(CNF)纸经过真菌降解后，又重新回到森林，不会造成负面的环境影响
