De microchip van hout gaat elektronica biologisch afbreekbaar maken

Lekker ouderwets hout. Het is overal. En misschien zit het binnenkort in jouw laptop en telefoon als het allernieuwste materiaal om halfgeleiders van te maken.

Of op zijn minst als het eerste materiaal dat volledig inspeelt op het feit dat consumenten hun gadgets verslijten alsof het toiletpapier is. Uiteindelijk willen consumenten naast het snelste en dunste apparaat, ook—op zijn minst impliciet—iets dat weggegooid kan worden.

Als je het zo bekijkt is hout een uitstekend materiaal.

De houten halfgeleider bestaat dankij onderzoek van de Universiteit van Wisconsin, in samenwerking met het Amerikaanse ministerie van landbouw. Het door hen ontwikkelde apparaat, dat volledig biologisch afbreekbaar is, staat beschreven in het huidige nummer van Nature Communications.

De onderzoekers, onder leiding van professor elektrotechniek Zhenqiang Ma, constateren dat de gemiddelde levensduur van een mobiele telefoon ongeveer 18 maanden is. Naar schatting wordt er wereldwijd 50 miljoen ton aan elektronisch afval geproduceerd. Veel daarvan bevat allerlei zeldzame metalen en giftige stoffen zoals lood, cadmium en beryllium. Volgens dezelfde schattingen worden er iedere dag 142.000 computers weggegooid.

Vanaf het begin af aan zijn microchips al grotendeels afval. "In de gemiddelde halfgeleider is het actieve deel maar een dun laagje aan de bovenkant. Dat is maar een klein deel van de chip. De rest van het materiaal heeft alleen als doel alles bij elkaar te houden, maar dat is wel 99 procent van het halfgeleidende materiaal," schrijft de onderoeksgroep van Ma. "Bij microgolfchips voor draadloze functies wordt ook nog eens een heel groot deel van die bovenste laag als opvulmateriaal gebruikt."

Deze nieuwe soort chip wordt gemaakt van een substraat van nanocellulose. Cellulose is het materiaal waarvan in de natuur de celwanden van planten gemaakt zijn. Op nano-niveau kan het material de eigenschappen van plastic aannemen. Cellulose is overigens ook de meest voorkomende organische polymeer op aarde.

Papier is ook een product van cellulose. Het wordt gemaakt door hout in steeds kleinere stukjes te hakken tot het een pulp is van vezels die enkele micrometers dik zijn. Nanocellulose is simpelweg een voortzetting van dat proces, totdat de vezels maar enkele nanometers dik zijn. Het resultaat is een supersterk doorzichtig papier dat erg geschikt is als substraat voor elektronica. Het materiaal is stukken beter dan eerdere bio-halfgeleiders; het kan beter tegen water en qua prestaties is het vergelijkbaar met conventionele halfgeleiders.

"Je wil niet dat het te ver uitzet of krimpt," zegt coauteur Zhiyong Cai in een persbericht. "Maar hout is van nature een hygroscopisch materiaal en het zou dus vocht uit de lucht kunnen opnemen en daardoor gaan uitzetten. Met een coating van epoxy hebben we het materiaal zowel waterdicht gemaakt en een glad oppervlak gecreerd."

Als onderdeel van hun experimenten, hebben de onderzoekers ook getest of het materiaal biologisch afbreekbaar is. Het blijkt dat bepaalde schimmels er dol op zijn.

Ma en haar team concluderen dat op basis van hun experimenten "het mogelijk is om hoogwaardige elektronica te produceren van biologisch afbreekbaar materiaal."