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      首個完全可回收的印刷電子産品誕生

      發布時間:2021-04-27 信息来源: 摘自科技日报

      美國杜克大學工程師開發了世界上第一個完全可回收的印刷電子産品:由3種碳基墨水制成的晶體管。研究人員希望以此激發新一代可循環利用的電子産品的研發,以幫助解決日益增長的全球電子垃圾問題。相關研究發表在26日的《自然·電子學》雜志上。

      與電阻器或電容器相比,晶體管是一種相對複雜的計算機組件,用于電源控制、邏輯電路以及各種傳感器等設備。制作晶體管和集成電路的原料是矽片。據聯合國估計,每年丟棄的數百萬磅電子産品中,只有不到四分之一被回收利用。隨著世界向5G通信技術升級以及物聯網的持續擴張,這一問題或變得更嚴重。部分問題在于銅、鋁和鋼的廢料能變廢爲寶,但設備的核心——矽片卻很難被回收利用。

      在新研究中,杜克大學電氣與計算機工程教授亞倫·富蘭克林及其團隊展示了一種完全可回收的全功能晶體管,其由3種碳基墨水制成,可以輕易打印到紙張或其他柔韌環保材料的表面。碳納米管和石墨烯墨水分別用于半導體和導體。富蘭克林說,這些材料在印刷電子産品領域並不新鮮,開辟可回收利用新途徑的是一種名爲納米纖維素的木質絕緣介質墨水。

      納米纖維素可生物降解,多年來一直用于包裝等領域。此次,研究人員開發出一種懸浮納米纖維素晶體的方法,這種晶體從木材纖維中提取出來,在上面灑上少許食鹽,就可以産生一種墨水,這種墨水作爲打印晶體管的絕緣體,性能出色。在室溫下將這3種墨水放在噴墨打印機中,打印出的全碳晶體管性能良好,可以廣泛應用。

      將打印出的晶體管浸入一系列水槽中,用聲波輕輕震動它們,並對産生的溶液進行離心,可依次回收碳納米管和石墨烯,平均回收率接近100%。此外,兩種材料都可以在相同的印刷過程中重複使用,性能幾乎無損。由于納米纖維素是由木材制成的,其與印刷紙均可被回收利用。

      富蘭克林表示,像這樣的可回收電子産品不可能完全取代芯片,而且當前研究離打印可回收的計算機處理器還很遠。但這種完全可回收的多功能印刷晶體管爲我們開發出擁有可循環“生命周期”的新型電子産品奠定了基礎。

      總編輯圈點:

      用二維納米材料,可以印刷電路,制作電子元器件甚至晶體管。當然,和傳統晶體管相比,這類晶體管在性能上還有一定差距。這次,科研人員改良了打印晶體管的“墨水”,用了懸浮納米纖維素晶體+食鹽的新“配方”。這一配方的最大亮點,就是“可回收”。電子垃圾是擺在人類面前的棘手問題,電子産品的更新換代越來越快,電子垃圾也越來越多。制備可完全回收的碳基材料晶體管,也爲可循環使用的新型電子産品制造工藝探了路。

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