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可生物分解電子登場

上網時間: 2015年07月06日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:矽基板  電子廢棄物  CNF  Cellulose Nano-fibrillated Fiber  生物分解 

現今,我們的垃圾掩埋場被人們丟棄的矽基板(Silicon Substrates)電子設備廢棄物所填滿,這些電子廢棄物如果留在各自的密封塑膠盒中,經過幾十年甚至更長的時間都無法自然分解…

位於加州奧克蘭(Oakland, Calif.)的電子回收聯盟(The Electronics TakeBack Coalition,ETBC)估計每年被丟棄的舊智慧型手機(Smartphone)、個人電腦、電視和其他以矽材製成的裝置高達5,500萬噸,其中只有大約14%被回收。但是,若能像美國威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的研究人員有自己的一套方式處理這些電子廢棄物,矽材製造的設備將可在短短幾星期時間內,在垃圾掩埋場環境中生物分解。一個附加的優點是,纖維素奈米原纖化纖維(Cellulose Nano-fibrillated Fiber,CNF)基板是透明的,且可靈活處理幾乎所有高速(300M~300GHz)矽電子,或是傳送過來的射頻(RF)電路。

根據威斯康辛大學麥迪遜分校教授Zhenqiang(Jack)Ma的研究,將單晶矽(Single-crystal Silicon)電路轉移到CNF基板後,這樣的產品和原始矽基板的智慧型手機或其他類似電子裝置,將有相同的正常生命週期。

「我們的可生物分解電晶體的使用壽命和正規電晶體是沒有差異的,只要生物分解電晶體不要被丟入並接觸到同時有真菌和水分的環境,就不會分解。」Ma教授這樣告訴EE Times,「此外,可生物分解電晶體的效能也相同,這是因為我們的電晶體也是用單晶矽製造而來,沒有任何差別。」

美中不足的是,必須說服製造商增加Ma教授的從天然基板而來的矽電路的奈米薄膜製程,以及將其沉積在CNF基板上—絕非易事。對許多以「綠色」環保為優先的業者來說,這額外的費用將是值得的,但是對造商來說這也許一個難以對客戶推展的部分,因為客戶經常把電池及含有有毒化學品的其他設備扔進垃圾桶。

一個排列在CNF基板的單晶電晶體陣列,將可在垃圾掩埋場中進行生物分解。
一個排列在CNF基板的單晶電晶體陣列,將可在垃圾掩埋場中進行生物分解。
(圖片來源:威斯康辛大學麥迪遜分校,2015/07)

Ma教授告訴我們:「我真的很想把這個應用推展到包括智慧型手機的多種裝置,但這需要時間,也已經說了好幾年了!要讓現有的產業很快採用我們的技術也許是不可能的,因為他們可透過當前的方式賺取更多的利潤,除非環保的壓力變大。然而現階段,政府也不會因為業者或消費者採用環保材質製造的裝置提供任何的獎勵。」

美國環保局(Environmental Protection Agency,EPA)報告指出,每年有超過1億5,200萬台行動裝置被丟棄,其中只有10%被回收,儘管如此,EPA依舊缺乏動力與積極性迫使製造商採用新的CNF基板。不過這畢竟只是解決問題的一部分,塑料外殼和使用有毒化學品的裝置依然會進入垃圾掩埋場。

在三個星期內,基於矽電晶體的基板裝置開始在存在水分與天然真菌的環境下生物分解。
在三個星期內,基於矽電晶體的基板裝置開始在存在水分與天然真菌的環境下生物分解。
(圖片來源:威斯康辛大學麥迪遜分校,2015/07)

根據Ma教授的研究,CNF基板可以從木材纖維中發現的纖維素,以廉價的方式製造而成,其也具較低的膨脹係數,以便矽奈米薄膜可輕易透過一個簡單的貼合製程,轉移到CNF基板。實驗也顯示,介於4.9G~10.6GHz頻率的生物分解電晶體效能將優於沉積在可撓曲基板上的薄膜電晶體。

可以在美國物理研究所(America Institute of Physics,AIP)發行的應用物理快報(Applied Physics Letters)免費取得更詳細的資訊,報告的標題是「在纖維素奈米原纖化纖維上的微波彈性電晶體(Microwave Flexible Transistors on Cellulose Nanofibrillated Fiber Substrates)」,作者群為威斯康辛大學麥迪遜分校的Zhenqiang Ma、Jung-Hun Seo、Jaeseong Lee、Tzu-Hsuan Chang與Shaoqin Gong,以及美國農業部林產實驗室威斯康辛州麥迪遜分部的Ronald Sabo與Zhiyong Cai,以及位在阿靈頓(Arlington)德州大學(University of Texas)的Weidong Zhou。

(參考原文: Biodegradable Electronics Debut ,by R. Colin Johnson)

編譯:Anthea Chuang





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