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电子垃圾泛滥!可100%回收的电子器件诞生,3种墨水可打印出优异全碳晶体管

2021-05-06 10:13 前瞻网   

 

电子废物和垃圾可导致环境和生物有毒物质的积累,并日益成为全球关注的问题。

杜克大学的工程师们开发出了世界上第一个完全可回收的印刷电子产品。通过展示一种关键且相对复杂的计算机组件——晶体管——由三种碳基墨水制成,研究人员希望激发新一代的可回收电子产品,以帮助对抗日益蔓延的全球电子垃圾。

这项研究发表在4月26日的《自然·电子》(Nature Electronics)杂志上。

电子垃圾泛滥!可100%回收的电子器件诞生,3种墨水可打印出优异全碳晶体管

随着世界各地的人们在生活中使用越来越多的电子产品,丢弃的设备越来越多,这些设备要么不能再用了,要么是为了换新的型号而丢弃的。据联合国估计,每年被丢弃的数百万磅电子产品中只有不到四分之一得到回收。随着全球升级到5G设备,以及物联网(IoT)继续扩大,这个问题只会变得更糟。

部分问题在于电子设备难以回收。大型工厂雇佣了数百名工人来破解大型设备。但是,虽然铜、铝和钢的废料可以回收,但设备核心的硅芯片却不能。

在这项新的研究中,富兰克林和他的实验室展示了一种完全可回收、功能齐全的晶体管,它由三种碳基墨水制成,可以很容易地打印在纸上或其他灵活、环保的表面上。碳纳米管和石墨烯墨水分别用于半导体和导体。富兰克林说,虽然这些材料在印刷电子领域并不新鲜,但随着一种名为纳米纤维素的木材绝缘介质墨水的发展,这已经成为了可能。

研究人员开发了一种悬浮纳米纤维素晶体的方法,这种晶体是从木材纤维中提取出来的,在上面洒上少许食用盐,就可以产生一种墨水,这种墨水作为打印晶体管的绝缘体,性能惊人。在室温下将这三种墨水放在喷墨打印机中,研究小组显示,他们的全碳晶体管表现良好,可以广泛应用,甚至在最初打印六个月后也能保持。

然后,该团队展示了他们的设计的可回收性。通过将他们的设备浸入一系列的浴槽中,用声波轻轻地震动它们,然后离心产生的溶液,碳纳米管和石墨烯的平均回收率达到近100%。这两种材料可以在相同的印刷过程中重复使用,而且性能损失很少。由于纳米纤维素是由木材制成的,它可以和打印它的纸张一起被简单地循环利用。

像这样的可回收电子产品不可能完全取代芯片,但这种完全可回收的多功能印刷晶体管为人们开发出拥有可循环“生命周期”的新型电子产品奠定了基础。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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