Gli utenti di dispositivi elettronici portatili tendono ad aggiornare frequentemente i propri dispositivi man mano che diventano disponibili nuove tecnologie che offrono maggiori funzionalità e maggiore praticità. Un rapporto pubblicato dalla US Environmental Protection Agency nel 2012 ha mostrato che ogni anno vengono scartati circa 152 milioni di dispositivi mobili, di cui solo il 10 percento viene riciclato, un'eredità di rifiuti che consuma un'enorme quantità di risorse naturali e produce molti rifiuti realizzati con materiali costosi e non biodegradabili come il silicio altamente purificato.

Ora i ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison hanno escogitato una nuova soluzione per alleviare l'onere ambientale dei dispositivi elettronici scartati. Hanno dimostrato la fattibilità di realizzare transistor a film sottile biodegradabili a microonde da un trasparente, substrato biodegradabile flessibile in legno economico, chiamata fibra nanofibrillata di cellulosa (CNF). Questo lavoro apre le porte al verde, basso costo, dispositivi elettronici portatili in futuro.

In un articolo pubblicato questa settimana su Lettere di fisica applicata , i ricercatori descrivono il dispositivo biodegradabile.

"Abbiamo scoperto che i transistor a base di fibra nanofibrillata di cellulosa mostrano prestazioni superiori rispetto a quelle dei transistor convenzionali a base di silicio, " disse Zhenqiang Ma, il caposquadra e professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'UW-Madison. "E i transistor a base biologica sono così sicuri che puoi metterli nella foresta, e il fungo li degraderà rapidamente. Diventano sicuri come fertilizzanti".

Oggi, la maggior parte dell'elettronica portatile è costruita con materiali non rinnovabili, materiali non biodegradabili come wafer di silicio, che sono altamente purificati, substrati costosi e rigidi, ma i film in fibra nanofibrillata di cellulosa hanno il potenziale per sostituire i wafer di silicio come substrati elettronici in ambienti rispettosi dell'ambiente, basso costo, gadget portatili o dispositivi del futuro.

La fibra nanofibrillata di cellulosa è un materiale sostenibile, forte, nanomateriale trasparente in legno. Rispetto ad altri polimeri come la plastica, il nanomateriale di legno è biocompatibile e ha un coefficiente di dilatazione termica relativamente basso, il che significa che il materiale non cambierà forma al variare della temperatura. Tutte queste proprietà superiori rendono la nanofibrilla di cellulosa un candidato eccezionale per la produzione di elettronica verde portatile.

Per creare dispositivi ad alte prestazioni, Il team di Ma ha impiegato nanomembrane di silicio come materiale attivo nel transistor:pezzi di film ultrasottili (più sottili di un capello umano) staccati dal cristallo sfuso e quindi trasferiti e incollati sul substrato di nanofibrille di cellulosa per creare un flessibile, transistor al silicio biodegradabile e trasparente.

Ma per fare elettronica portatile, il transistor biodegradabile necessario per poter operare alle frequenze delle microonde, che è il raggio di azione della maggior parte dei dispositivi wireless. I ricercatori hanno quindi condotto una serie di esperimenti come misurare le caratteristiche di corrente-tensione per studiare le prestazioni funzionali del dispositivo, che alla fine ha dimostrato che il transistor biodegradabile ha capacità di funzionamento a frequenza di microonde superiori paragonabili ai transistor a semiconduttore esistenti.

"L'elettronica biodegradabile fornisce una nuova soluzione ai problemi ambientali causati dalla ricerca da parte dei consumatori di dispositivi portatili rapidamente aggiornati, " ha detto Ma. "Si può prevedere che i futuri chip elettronici e dispositivi portatili saranno molto più ecologici ed economici di quelli di oggi".

Prossimo, Ma e colleghi hanno in programma di sviluppare un sistema di circuiti più complicato basato sui transistor biodegradabili.