通過(guò)可回收、可修復(fù)的電路板解決電子垃圾問(wèn)題

兩支弗吉尼亞理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究可能通過(guò)使用可回收材料制成的電路板，為世界面臨的日益增長(zhǎng)的電子垃圾問(wèn)題提供了解決方案，這將使電子產(chǎn)品更容易分解和再利用。

機(jī)械工程副教授邁克爾·巴雷特和化學(xué)助理教授喬什·沃奇創(chuàng)造了一種新型電路材料。在他們的博士后和研究生研究團(tuán)隊(duì)，包括東海浩、蔣夢(mèng)和拉維·圖蒂卡的大量工作下，這些新的電路板是可回收的、電導(dǎo)性的、可重構(gòu)的，并且在損壞后能夠自愈。然而，它們?nèi)匀槐Ａ袅藗鹘y(tǒng)電路板塑料的強(qiáng)度和耐用性。

根據(jù)聯(lián)合國(guó)2024年發(fā)布的一份報(bào)告，過(guò)去12年間，全球電子垃圾的數(shù)量幾乎翻了一番，從340億公斤增加到620億公斤。這相當(dāng)于155萬(wàn)輛貨運(yùn)卡車，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到820億公斤。預(yù)計(jì)只有138億公斤，即總數(shù)的20%，將被回收，這一數(shù)字預(yù)計(jì)將保持不變。

這種新材料以聚酰亞胺為起點(diǎn)，聚酰亞胺是一種可以重塑和回收的動(dòng)態(tài)聚合物。該聚合物與攜帶電流的液滴金屬結(jié)合，就像傳統(tǒng)電路中的剛性金屬一樣。

與其他可回收或柔性電子產(chǎn)品的完全不同方法，高性能、適應(yīng)性強(qiáng)的聚合物與電導(dǎo)率高的液態(tài)金屬的結(jié)合，使這些新電路具有高度彈性。

“我們的材料不同于傳統(tǒng)的電子復(fù)合材料，”巴特萊特說(shuō)，“電路板非常堅(jiān)韌和功能齊全。即使在機(jī)械變形或損壞下，它們?nèi)匀豢梢怨ぷ鳌！?/span>

回收傳統(tǒng)電路板涉及多個(gè)高能耗的拆卸步驟，并且仍然產(chǎn)生大量廢料。在這個(gè)過(guò)程中，數(shù)十億美元的有價(jià)值金屬部件被浪費(fèi)掉了。

回收新型基于玻璃化樹(shù)脂的電路板非常簡(jiǎn)單，并且可以通過(guò)多種方式完成。

“傳統(tǒng)的電路板是由永久性熱固性材料制成的，非常難以回收，”沃奇說(shuō)?！霸谶@里，我們的動(dòng)態(tài)復(fù)合材料如果在損壞后加熱，可以修復(fù)或重塑，而不會(huì)影響其電氣性能。現(xiàn)代電路板做不到這一點(diǎn)?！?/span>

玻璃化電路板也可以在其生命周期結(jié)束時(shí)使用堿性水解進(jìn)行解構(gòu)，從而促進(jìn)關(guān)鍵組件（如液態(tài)金屬和 LED）的回收。在閉環(huán)過(guò)程中完全再利用導(dǎo)電復(fù)合材料的所有組件仍然是未來(lái)研究的目標(biāo)。

雖然可能無(wú)法控制世界上消費(fèi)者丟棄的電子產(chǎn)品的數(shù)量，但這項(xiàng)工作代表了將更多電子產(chǎn)品從垃圾填埋場(chǎng)中清除的關(guān)鍵一步。

弗吉尼亞理工大學(xué)通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用科學(xué)研究所和巴特萊特的美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)早期職業(yè)發(fā)展（CAREER）獎(jiǎng)支持了這項(xiàng)研究。