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杜克大學(xué)的工程師們已經(jīng)開發(fā)出了完全可回收的印刷電子產(chǎn)品。通過展示用三種碳基油墨創(chuàng)造的關(guān)鍵和相對復(fù)雜的計算機(jī)組件晶體管，研究人員希望激發(fā)新一代可回收的電子產(chǎn)品，以幫助對抗日益嚴(yán)重的全球電子廢物流行病。
這項工作4月26日在線發(fā)表在《自然-電子》雜志上。杜克大學(xué)電子和計算機(jī)工程系阿迪教授亞倫-富蘭克林說："基于硅的電腦組件可能永遠(yuǎn)不會消失，我們不指望容易回收的電子產(chǎn)品能夠取代已經(jīng)被廣泛使用的技術(shù)和設(shè)備。但是我們希望，通過創(chuàng)造新的、完全可回收的、容易印刷的電子產(chǎn)品，并展示它們能做什么，它們可能會在未來的應(yīng)用中得到廣泛使用。"
隨著世界各地的人們在他們的生活中采用更多的電子產(chǎn)品，有一堆不斷增長的廢棄設(shè)備，這些設(shè)備要么不能再使用，要么已經(jīng)被丟棄以支持更新的型號。根據(jù)聯(lián)合國的估計，每年被扔掉的數(shù)百萬磅電子產(chǎn)品中，只有不到四分之一被回收。而且，隨著世界升級到5G設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的不斷擴(kuò)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(shè)備核心的硅芯片卻不能。
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、功能齊全的晶體管，它由三種碳基油墨制成，可以很容易地打印在紙或其他靈活、環(huán)保的表面上。碳納米管和石墨烯油墨分別用于半導(dǎo)體和導(dǎo)體。富蘭克林說，雖然這些材料對印刷電子世界來說并不新鮮，但隨著一種名為納米纖維素的木材衍生絕緣電介質(zhì)墨水的開發(fā)，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(chǎn)品制成的生物傳感器。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，多年來一直被用于包裝等應(yīng)用，雖然人們早就知道它作為絕緣體在電子產(chǎn)品中的潛在應(yīng)用，但之前沒有人想出如何將其用于可打印墨水。這是使這些完全可回收設(shè)備發(fā)揮作用的關(guān)鍵之一。"
研究人員開發(fā)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(zhì)纖維中提取出來的，再撒上一點食鹽，就會產(chǎn)生一種墨水，在他們的印刷晶體管中作為絕緣體表現(xiàn)得非常好。在室溫下使用這三種墨水的氣溶膠打印機(jī)，該團(tuán)隊顯示，他們的全碳晶體管性能良好，足以用于各種應(yīng)用，甚至在最初打印的六個月后。
該團(tuán)隊隨后展示了他們的設(shè)計是多么的可回收。通過將他們的設(shè)備浸泡在一系列浴池中，用聲波輕輕地振動它們，并將產(chǎn)生的溶液離心，碳納米管和石墨烯被依次回收，平均產(chǎn)量接近100%。然后，這兩種材料可以在同一印刷過程中重復(fù)使用，而幾乎不損失其性能的可行性。而且，由于納米纖維素是由木材制成的，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，晶體管是一種相對復(fù)雜的計算機(jī)元件，用于電源控制或邏輯電路和各種傳感器等設(shè)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晶體管，他希望為該技術(shù)在簡單設(shè)備上的商業(yè)化邁出第一步。
(原標(biāo)題：杜克大學(xué)開發(fā)出世界上第一個完全可回收的印刷電子產(chǎn)品)
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