如今，人類越來越重視環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展?？墒牵瑥U棄的電子產(chǎn)品已成為世界上增速最快的垃圾。電子垃圾中含有對(duì)人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，它們包括有毒化學(xué)物質(zhì)和重金屬，例如汞、砷、鉻、鉛、鉻、鋇、鈹、磷化物等。這些電子垃圾難以利用可持續(xù)發(fā)展的方式處置，需要昂貴的加工技術(shù)才能進(jìn)行回收。

 

（圖片來源：路透社）

 

為了應(yīng)對(duì)電子垃圾所帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，科學(xué)家們不僅在創(chuàng)新垃圾處理技術(shù)，也在從源頭上反思電子產(chǎn)品的組成材料。通常來說，電子元件所用的材料都是不可降解的，也沒有生物相容性，含有大量對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì)。為此，科學(xué)家們正在積極研發(fā)一些可降解、環(huán)境友好的電子產(chǎn)品，例如：

 

一個(gè)近場(chǎng)通信線圈（瞬態(tài)電子器件）以及它遇水后在樹葉上快速溶解的過程。（圖片來源：參考資料【3】）

 

可降解的紙基生物燃料電池（圖片來源：賓漢姆頓大學(xué)）

 

 

可生物降解的微型溫度傳感器（圖片來源：ETH Zurich）

 

生物可降解的血流傳感器（圖片來源：Levent Beker）

 

可降解的新型電子器件（圖片來源：斯坦福大學(xué)/Bao lab）

創(chuàng)新

近日，加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)（SFU）以及瑞士的研究人員們正在開發(fā)一種環(huán)境友好、可3D打印的解決方案，用于制造物聯(lián)網(wǎng)（IoT）無線傳感器。這些傳感器的使用以及廢棄處理，都不會(huì)污染環(huán)境。他們的研究已經(jīng)作為封面文章發(fā)表在《先進(jìn)電子材料（Advanced Electronic Materials）》雜志的二月刊上。

 

（圖片來源：《先進(jìn)電子材料》期刊封面）

 

技術(shù)

西蒙弗雷澤大學(xué)教授 Woo Soo Kim 領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)展開的探索包括使用木材衍生的纖維素材料，取代目前電子產(chǎn)品中使用的塑料以及聚合物材料。

 

（圖片來源：SFU）

 

此外，3D打印可以靈活地將功能添加或嵌入到3D物體或織物中，創(chuàng)造出更強(qiáng)大的功能。

 

（圖片來源：SFU）

西蒙弗雷澤大學(xué)薩里校區(qū)機(jī)電系統(tǒng)工程學(xué)院教授 Kim 表示：“我們的環(huán)境友好、3D打印的纖維素傳感器，在使用期間能夠無線傳輸數(shù)據(jù)，廢棄之后也不會(huì)污染環(huán)境。”這項(xiàng)研究是在薩里校區(qū)的 PowerTech 實(shí)驗(yàn)室開展的，該實(shí)驗(yàn)室具有幾臺(tái)可供研究人員們使用的最先進(jìn)的3D打印機(jī)。

“這項(xiàng)開發(fā)工作有助于推進(jìn)綠色電子。舉例來說，來自印刷電路板（PCB）的垃圾是有害的環(huán)境污染源。如果我們能將PCB中的塑料轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素復(fù)合材料，那么電路板上的金屬元件就能以一種更簡單的方式回收再利用。”

Kim 的研究計(jì)劃跨越了兩個(gè)國際合作項(xiàng)目，包括最近與來自瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的合作伙伴們一同關(guān)注的基于環(huán)境友好的纖維素材料的化學(xué)傳感器。

此外，他還與來自大邱慶北科學(xué)技術(shù)院（DGIST）的機(jī)器人工程系以及技術(shù)公司 PROTEM Co Inc 的韓國研究團(tuán)隊(duì)展開合作，開發(fā)可印刷的導(dǎo)電油墨材料。

在第二個(gè)項(xiàng)目中，研究人員們?cè)趬夯üに嚰夹g(shù)方面取得了一項(xiàng)新突破，這項(xiàng)技術(shù)突破使得研究人員們可在聚合物基底（電子產(chǎn)品的一個(gè)必要組成部分）上自由地壓印精細(xì)的電路圖案。

壓花技術(shù)，用于以較低的單位成本大量壓印精細(xì)的圖案。然而，Kim 表示，它只能壓印提前壓印在圖章上的電路圖案，整個(gè)昂貴的圖章必須經(jīng)過改變從而印上不同的圖案。

該團(tuán)隊(duì)成功地開發(fā)出一種精準(zhǔn)的位置控制系統(tǒng)，它可以直接地壓印圖案，從而帶來了一項(xiàng)新的工藝技術(shù)。它對(duì)于半導(dǎo)體工藝、可穿戴設(shè)備和顯示器工業(yè)都會(huì)產(chǎn)生廣泛的影響。

價(jià)值

這項(xiàng)研究不僅帶來了新的電子制造技術(shù)以及環(huán)境友好的新型電子器件，也有望帶來更多的應(yīng)用，例如生物醫(yī)療、環(huán)境檢測(cè)等。