วัสดุล้ำยุค

โดย...DJ  [email protected]

การมองหาวัสดุทดแทนใหม่ๆ ในการผลิตสินค้าแบบเดิมๆ โดยเฉพาะกลุ่มวัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมกำลังเป็นอีกหนึ่งกระแสในภาคการผลิตสินค้าในเวลานี้ โดยศูนย์สร้างสรรค์งานออกแบบ (ทีซีดีซี) เสนอบทความวัสดุล้ำยุคที่น่าสนใจ โดยข้อมูลจากงานวิจัยใหม่พบว่าชิปคอมพิวเตอร์ที่ทำจากเส้นใยไม้ที่ย่อยสลายได้ตามธรรมชาติ สามารถทำงานได้ดีเท่ากับชิปที่ใช้ในอุปกรณ์สื่อสารไร้สายในปัจจุบัน ซึ่งชิปแบบใหม่นี้อาจช่วยลดปัญหาขยะสะสมอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่มพูนขึ้นอย่างรวดเร็ว ผลวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าวัสดุโปร่งแสงผลิตจากไม้ที่เรียกว่ากระดาษนาโนเซลลูโลส (Nanocellulose) เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ ซึ่งสามารถใช้แทนแผ่นพลาสติกรองชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้

ในการผลิตชิปทั่วไปชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ทรานซิสเตอร์ จะวางอยู่บนพื้นผิวของไมโครชิปที่มีลักษณะแข็ง ทำจากวัสดุที่เป็นสารกึ่งตัวนำ อาทิ ซิลิคอน กลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน นำโดย เจินเฉียง (แจ็ค) มา ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ ได้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในลักษณะเดียวกัน แต่จากนั้นได้ใช้ตรายางเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ออกจากไมโครชิป เพื่อโอนถ่ายไปยังพื้นผิวใหม่ที่ทำจากนาโนเซลลูโลส ส่งผลให้ใช้ปริมาณสารกึ่งตัวนำลดลงจนถึง 5,000 โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานด้อยลง

การทดลองของศาสตราจารย์มาและทีมงานได้แสดงให้เห็นถึงการใช้แผ่นนาโนเซลลูโลสรองรับวงจรคลื่นความถี่วิทยุถึงสองครั้ง ซึ่งมีประสิทธิภาพการใช้งานได้ดีเท่ากับแผ่นวงจรที่ใช้ในสมาร์ทโฟนหรือแท็บแล็ต แถมยังสามารถย่อยสลายได้ด้วยเชื้อราที่พบได้ทั่วไป

ชิปที่ผลิตในปัจจุบันใช้วัสดุสารกึ่งตัวนำเพื่อทำเป็นแผ่นรองรับในปริมาณมาก ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ประมวลผลเป็นเพียงแค่ส่วนเล็กๆ ของชิปเท่านั้น ซึ่งศาสตราจารย์มาเห็นว่าเป็นขยะที่มีราคาแพงและวัสดุบางประเภทก็อาจก่อให้เกิดมลพิษอันตรายหลังจากทิ้งอุปกรณ์ชิ้นนั้นไป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีนักวิจัยหลายกลุ่มที่ได้ทดลองและพิสูจน์ให้เห็นว่านาโนเซลลูโลส ซึ่งผลิตจากการย่อยเส้นใยไม้จนถึงระดับนาโน อาจเป็นวัสดุรองรับที่ใช้งานได้ดีสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นานาชนิดรวมไปถึงโซลาร์เซลล์ พร้อมเสริมว่าชิปที่ทีมวิจัยของเขาทำนั้นพร้อมแล้วสำหรับการนำไปใช้เชิงพาณิชย์ แต่การจะทำให้อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์เปลี่ยนจากการผลิตแบบเดิมแล้วหันมาทำชิปจากไม้นั้น คงจะต้องอาศัยแรงกดดันมหาศาลจากสังคมเรื่องการรักษาสิ่งแวดล้อมหรือราคาที่สูงขึ้นของวัสดุสารกึ่งตัวนำที่หายาก อย่างเช่น แกลเลียม

จอห์น โรเจอร์ส ศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์ มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ เออร์แบนา แชมเปญจน์ กล่าวว่า เทคนิคการผลิตอุปกรณ์เช่นที่ทีมงานของศาสตราจารย์มาได้ทำนั้น เริ่มจะเป็นที่นิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์แล้ว โดยเขาเป็นผู้คิดค้นวิธีการโอนถ่ายวัสดุสารกึ่งตัวนำที่มีปริมาณน้อยจากไมโครชิปขนาดใหญ่มาสู่แผ่นนาโนเซลลูโลส ซึ่งเป็นเทคนิคที่ทีมงานของศาสตราจารย์มาได้นำมาใช้

ขณะที่ “อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อายุสั้น” ที่สามารถเสื่อมสลายได้เองในทางใดทางหนึ่งได้รับความสนใจอย่างมากจากฝ่ายทหาร เพราะสามารถป้องกันไม่ให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีข้อมูลสำคัญตกไปอยู่ในมือของฝ่ายตรงข้าม แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดในผลงานของศาสตราจารย์มา อาจจะเป็นศักยภาพของชิปที่มีคุณประโยชน์มากมายต่อสิ่งแวดล้อม ด้วยอุปกรณ์สื่อสารไร้สายทั้งหลายต่างได้รับความนิยมและเติบโตอย่างรวดเร็ว ผู้คนเปลี่ยนอุปกรณ์สื่อสารของตัวเองบ่อยครั้งเพื่อไปใช้รุ่นที่ใหม่กว่า

ส่วนรุ่นที่ล้าสมัยแล้วมักถูกโยนทิ้ง ที่จะต้องจัดการกับขยะเหล่านี้อย่างไร