Bhataramedia.com – Perangkat elektronik portabel, biasanya terbuat dari bahan tidak terbarukan, tidak bersifat biodegradable dan berpotensi beracun. Perangkat ini dibuang pada tingkat yang mengkhawatirkan, karena konsumen cenderung mengejar gadget yang lebih baik dari sebelumnya.
Di dalam upaya untuk meringankan beban lingkungan akibat perangkat elektronik, tim peneliti dari University of Wisconsin-Madison telah berkolaborasi dengan peneliti di U.S. Department of Agriculture Forest Products Laboratory (FPL) yang berbasis di Madison, untuk mengembangkan solusi yang mengejutkan : chip semikonduktor yang seluruhnya hampir terbuat dari kayu.
Tim peneliti, yang dipimpin oleh profesor teknik listrik dan komputer UW-Madison, Zhenqiang “Jack” Ma, menggambarkan perangkat baru tersebut di dalam makalah yang diterbitkan tanggal 26 Mei 2015) oleh jurnal Nature Communications. Makalah ini menunjukkan kelayakan mengganti material atau lapisan pendukung dari chip komputer, dengan nanofibril selulosa (NFS). Suatu material yang fleksibel, biodegradable dan terbuat dari kayu.
“Mayoritas bahan di dalam sebuah chip adalah bahan pendukung. Kami hanya menggunakan kurang dari beberapa mikrometer untuk segala sesuatu yang lain,” kata Ma. “Saat ini, chip yang kami buat begitu aman, Anda dapat menempatkannya di hutan dan jamur akan mendegradasinya. Chip ini akan menjadi sama amannya dengan pupuk.”
Zhiyong Cai, pemimpin proyek penelitian di FPL, telah mengembangkan material nano terbarukan dan berkelanjutan sejak tahun 2009.
“Jika Anda mengambil sebuah pohon besar dan memotongnya menjadi serat yang kecil, produk yang paling umum dihasilkan adalah kertas. Dimensi dari serat ini di dalam tahap mikron,” kata Cai. “Namun, bagaimana jika kita dapat memecahnya lebih lanjut menjadi skala nano? Pada skala nano, anda dapat membuat material ini menjadi kertas nanofibril selulosa yang sangat kuat dan transparan.”
Bekerja dengan Shaoqin “Sarah” Gong, seorang profesor teknik biomedis di UW-Madison, kelompok Cai menghadapi dua hambatan utama untuk menggunakan bahan kayu tersebut di dalam pengaturan elektronik, yaitu kehalusan permukaan dan ekspansi termal.
“Anda tidak ingin membuat material tersebut mengembang atau menyusut terlalu banyak. Kayu merupakan bahan hidroskopik alami dan dapat menarik kelembaban dari udara dan mengembang,” kata Cai. “Dengan lapisan epoksi pada permukaan NFS, kami dapat memcahkan kedua masalah tersebut.”
Gong dan murid-muridnya juga telah mempelajari polimer berbasis organik selama lebih dari satu dekade. Nanofibril selulosa menawarkan lebih banyak manfaat dibandingkan material yang digunakan pada chip saat ini, katanya.
“Keuntungan NFS dibandingkan polimer lainnya adalah bahan ini berbasis organik, sedangkan sebagian polimer lainnya adalah polimer berbasis minyak bumi. Material berbasis organik, memiliki sifat yang berkelanjutan, biokompatibel dan biodegradable. Selain itu, dibandingkan dengan polimer lainnya, NFS sebenarnya memiliki koefisien ekspansi termal yang relatif rendah,” jelas Gong, seperti dilansir University of Wisconsin-Madison (26/05/2015).
Pekerjaan mereka juga menunjukkan proses yang lebih ramah lingkungan, tetapi memiliki kinerja yang mirip dengan chip yang ada saat ini. Mayoritas perangkat nirkabel saat ini menggunakan chip microwave gallium arsenide karena memiliki keunggulan mampu beroperasi pada frekuensi tinggi dan kemampuannya untuk menangani daya. Namun, gallium arsenide dapat menjadi racun pada lingkungan, khususnya di dalam perangkat elektronik nirkabel yang dibuang pada jumlah besar.
Yei Hwan Jung, seorang mahasiswa pascasarjana di bidang teknik listrik dan komputer dan rekan penulis penelitian, mengatakan bahwa proses baru ini sangat mengurangi penggunaan bahan yang mahal dan berpotensi beracun tersebut.
“Saya sudah membuat 1.500 transistor gallium arsenide di dalam chip yang berukuran 5-6 milimeter. Biasanya, untuk chip microwave dengan ukuran ini, hanya ada delapan sampai 40 transistor. Daerah sisanya tidak digunakan,” katanya. “Kami mengambil desain kami dan meletakkannya di NFS menggunakan teknik perakitan deterministik, sehingga kami dapat menempatkannya di mana pun kami inginkan dan membuat sirkuit benar-benar fungsional dengan kinerja yang sebanding dengan chip yang ada.”
Sementara biodegradabilitas dari material baru ini akan memiliki dampak positif terhadap lingkungan, Ma mengatakan bahwa fleksibilitas teknologi baru ini dapat secara luas di adopsi di dalam chip elektronik.
“Produksi massal dari chip semikonduktor yang ada saat ini sangat murah dan mungkin diperlukan waktu bagi industri untuk beradaptasi dengan desain kami,” katanya. “Namun, elektronik yang fleksibel adalah masa depan dan kami sudah memulainya lebih awal.”
Referensi :
Yei Hwan Jung, Tzu-Hsuan Chang, Huilong Zhang, Chunhua Yao, Qifeng Zheng, Vina W. Yang, Hongyi Mi, Munho Kim, Sang June Cho, Dong-Wook Park, Hao Jiang, Juhwan Lee, Yijie Qiu, Weidong Zhou, Zhiyong Cai, Shaoqin Gong & Zhenqiang Ma. High-performance green flexible electronics based on biodegradable cellulose nanofibril paper. Nature Communications, 2015 DOI: 10.1038/ncomms8170.
