I ricercatori della University of Wisconsin-Madison, insieme allo U.S. Department of Agriculture Forest Products Laboratory (FPL), hanno sviluppato un chip semiconduttore fatto quasi interamente di legno. In un documento pubblicato su Nature si dimostra la possibilità di sostituire il substrato di un chip con nanofibrille di cellulosa (CNF, cellulose nanofibril), un materiale flessibile e biodegradabile ricavato dal legno.
Nel corso degli ultimi anni il settore hi-tech ha fatto grandi passi avanti per rendersi più ecosostenibile, sia durante la produzione di chip e prodotti che tramite materiali meno tossici. La crescita esponenziale degli apparati tecnologici nella vita di miliardi di persone crea tuttavia un problema di "electronic waste", ovvero di spazzatura elettronica, di non poco conto.
La ricerca di materiali biodegradabili utili anche nell'ambito elettronico potrebbe essere di fondamentale importanza per il futuro. "La maggior parte del materiale in un chip è di supporto. Usiamo meno di un paio di micrometri per tutto il resto", ha affermato il professore Zhenqiang "Jack" Ma, a capo del team di ricerca. "Ora i chip sono così sicuri che si può metterli in un bosco e i funghi li degraderanno. Diventano sicuri come un fertilizzante".
"Se si prende un grande albero e lo si taglia fino ad arrivare alla singola fibra, sia arriva al prodotto più diffuso che è la carta. La dimensione della fibra è nell'ordine dei micron", ha aggiunto Zhiyong Cai, leader del progetto presso FPL. "Cosa succederebbe se potessimo scomporla ulteriormente arrivando alla nanoscala? A quel livello potete rendere questo materiale una carta basata su nanofibrille di cellulosa molto resistente e trasparente".
Per arrivare al risultato i ricercatori hanno superato due ostacoli che impedivano di usare materiali derivati dal legno in elettronica: la perfezione (o levigatezza) della superficie e la dilatazione termica. "Non è desiderabile che si espanda o contragga troppo. Il legno è un materiale igroscopico naturale e potrebbe assorbire l'umidità dall'aria ed espandersi", ha sottolineato Cai. "Con un rivestimento epossidico sulla superficie del CNF abbiamo risolto sia il problema superficiale che creato una barriera per l'umidità".
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I ricercatori hanno inoltre dimostrato un processo più ecosostenibile che garantisce la creazione di chip con prestazioni simili a quelli esistenti. La maggioranza dei dispositivi wireless usa chip basati su arseniuro di gallio. Questo materiale garantisce una migliore operatività ad alta frequenza e non solo, ma è potenzialmente tossico per l'ambiente.
Secondo Yei Hwan Jung, uno dei coautori del documento, il nuovo processo riduce enormemente l'uso di questo materiale costoso e potenzialmente tossico. "Abbiamo fatto 1500 transistor all'arseniuro di gallio in un chip di 5/6 millimetri. Solitamente per un chip a micronde di tali dimensioni ci sono solo dagli otto ai 40 transistor. Il resto dello spazio è sprecato".
Secondo "Jack" Ma sarà la flessibilità della tecnologia a garantirne, potenzialmente, una grande diffusione. "La produzione di massa di chip semiconduttori è a buon mercato, e potrebbe richiedere tempo affinché l'industria si adatti al nostro design. L'elettronica flessibile è il futuro, e pensiamo di essere in un'ottima posizione".
"Se dovessimo commercializzare chip in legno si risparmierebbero tantissimi soldi in costi dei materiali. Abbiamo effettivamente ridotto l'uso del materiale semiconduttore del 99,9%", ha concluso il professore.