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科技日報實習(xí)記者?張佳欣
隨著時間 的推移，電子垃圾問題會變得更嚴(yán)重。最近，美國能源部勞倫斯·伯克利國家實驗室和加州大學(xué)伯克利分校的一個研究團隊提出了一種潛在的解決方案：一種能夠完 全回收的、可生物降解的打印電路。他們在《先進材料》雜志上報告了這種新設(shè)備，這一進步可讓垃圾填埋場中的可穿戴設(shè)備和其他柔性電子產(chǎn)品分流，并減輕重金 屬廢物對健康和環(huán)境的危害。
在此前的一項發(fā)表于《自然》雜志的研究中，研究團隊發(fā)現(xiàn)，將洋蔥伯克霍爾德氏菌脂肪酶（BC—脂肪酶）等純化酶嵌入塑料材料中，可加速其降解。而此次，研 究團隊用的不是昂貴的純化酶，而是更便宜的、現(xiàn)成的BC—脂肪酶“混合物”。這大大降低了成本，有助于電路的大規(guī)模生產(chǎn)。
研究人員展示可生物降解的打印電路。圖片來源：瑪麗蓮·薩金特/伯克利實驗室
研究人員開發(fā)出一種可打印的“導(dǎo)電墨水”，該墨水由可生物降解的聚酯黏合劑、銀片或炭黑等導(dǎo)電填料和市售的酶混合物組成。墨水的導(dǎo)電性來自銀或炭黑顆粒，可生物降解的聚酯黏合劑充當(dāng)膠水。
研究人員用一臺帶有導(dǎo)電墨水的3D打印機，在硬質(zhì)可生物降解塑料、柔性可生物降解塑料和布料等各種表面上打印電路圖案，證明了墨水可附著在各種材料上。墨水干燥后，就會形成集成電路裝置。
為了測試其保質(zhì)期和耐用性，研究人員在沒有控制濕度或溫度的情況下，將一個打印電路在實驗室存儲了7個月，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該電路的導(dǎo)電性與存儲前一樣好。
他們將電路浸入溫水中，以測試其可回收性。在72小時內(nèi)，電路材料降解為銀顆粒，與聚合物黏合劑完全分離，聚合物分解成可重復(fù)使用的單體。研究人員無需額外處理即可輕松回收金屬，到實驗結(jié)束時，他們確定大約94%的銀顆粒可回收和重復(fù)使用。
該電路在運行30天后仍可降解，表明這些酶仍然活躍。這歸因于添加了一種酶保護劑。
研究人員表示，該電路或可作為瞬態(tài)電子設(shè)備中使用的一次性塑料的可持續(xù)替代品，例如，生物醫(yī)學(xué)植入物或環(huán)境傳感器之類的設(shè)備，會在一段時間內(nèi)分解。