杜克大學的工程師們已經開發出了世界上第一個完全可回收的印刷電子產品。通過展示用三種碳基油墨創造的關鍵和相對復雜的計算機組件電晶體，研究人員希望激發新一代可回收的電子產品，以幫助對抗日益嚴重的全球電子廢物流行病。
這項工作今天（2021年4月26日）在線發表在《自然-電子》雜誌上。杜克大學電子和計算機工程系阿迪教授亞倫-富蘭克林說：”基於矽的電腦組件可能永遠不會消失，我們不指望容易回收的電子產品能夠取代已經被廣泛使用的技術和設備。但是我們希望，通過創造新的、完全可回收的、容易印刷的電子產品，並展示它們能做什麼，它們可能會在未來的應用中得到廣泛使用。”
隨著世界各地的人們在他們的生活中採用更多的電子產品，有一堆不斷增長的廢棄設備，這些設備要麼不能再使用，要麼已經被丟棄以支持更新的型號。根據聯合國的估計，每年被扔掉的數百萬磅電子產品中，只有不到四分之一被回收。而且，隨著世界升級到5G設備和物聯網（IoT）的不斷擴大，這個問題只會變得更糟。雖然銅、鋁和鋼的碎片可以被回收，但作為設備核心的矽晶片卻不能。
在新的研究中，富蘭克林和他的實驗室展示了一種完全可回收的、功能齊全的電晶體，它由三種碳基油墨製成，可以很容易地列印在紙或其他靈活、環保的表面上。碳納米管和石墨烯油墨分別用於半導體和導體。富蘭克林說，雖然這些材料對印刷電子世界來說並不新鮮，但隨著一種名為納米纖維素的木材衍生絕緣電介質墨水的開發，可回收性的道路被打開了。
研究人員測試了一個由完全可回收的印刷電子產品製成的生物傳感器。回收過程幾乎100%地回收了所使用的材料，而且這些材料的性能損失很小。納米纖維素是可生物降解的，多年來一直被用於包裝等應用，雖然人們早就知道它作為絕緣體在電子產品中的潛在應用，但之前沒有人想出如何將其用於可列印墨水。這是使這些完全可回收設備發揮作用的關鍵之一。”
研究人員開發了一種懸浮納米纖維素晶體的方法，這些納米纖維素是從木質纖維中提取出來的，再撒上一點食鹽，就會產生一種墨水，在他們的印刷電晶體中作為絕緣體表現得非常出色。在室溫下使用這三種墨水的氣溶膠列印機，該團隊顯示，他們的全碳電晶體性能良好，足以用於各種應用，甚至在最初列印的六個月後。
該團隊隨後展示了他們的設計是多麼的可回收。通過將他們的設備浸泡在一系列浴池中，用聲波輕輕地振動它們，並將產生的溶液離心，碳納米管和石墨烯被依次回收，平均產量接近100%。然後，這兩種材料可以在同一印刷過程中重復使用，而幾乎不損失其性能的可行性。而且，由於納米纖維素是由木材製成的，它可以簡單地與它所印刷的紙張一起被回收。
與電阻器或電容器相比，電晶體是一種相對復雜的計算機元件，用於電源控制或邏輯電路和各種傳感器等設備。富蘭克林解釋說，通過首先展示一個完全可回收的多功能印刷電晶體，他希望為該技術在簡單設備上的商業化邁出第一步。
來源：cnBeta
