通過可回收、可修復的電路板解決電子垃圾問題

兩支弗吉尼亞理工大學研究團隊的一項研究可能通過使用可回收材料制成的電路板，為世界面臨的日益增長的電子垃圾問題提供了解決方案，這將使電子產品更容易分解和再利用。

機械工程副教授邁克爾·巴雷特和化學助理教授喬什·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隊，包括東海浩、蔣夢和拉維·圖蒂卡的大量工作下，這些新的電路板是可回收的、電導性的、可重構的，并且在損壞后能夠自愈。然而，它們仍然保留了傳統(tǒng)電路板塑料的強度和耐用性。

根據(jù)聯(lián)合國2024年發(fā)布的一份報告，過去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。這相當于155萬輛貨運卡車，預計到2030年將達到820億公斤。預計只有138億公斤，即總數(shù)的20%，將被回收，這一數(shù)字預計將保持不變。

這種新材料以聚酰亞胺為起點，聚酰亞胺是一種可以重塑和回收的動態(tài)聚合物。該聚合物與攜帶電流的液滴金屬結合，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品的完全不同方法，高性能、適應性強的聚合物與電導率高的液態(tài)金屬的結合，使這些新電路具有高度彈性。

“我們的材料不同于傳統(tǒng)的電子復合材料，”巴特萊特說，“電路板非常堅韌和功能齊全。即使在機械變形或損壞下，它們仍然可以工作。”

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

回收新型基于玻璃化樹脂的電路板非常簡單，并且可以通過多種方式完成。

“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。“在這里，我們的動態(tài)復合材料如果在損壞后加熱，可以修復或重塑，而不會影響其電氣性能。現(xiàn)代電路板做不到這一點。”

玻璃化電路板也可以在其生命周期結束時使用堿性水解進行解構，從而促進關鍵組件（如液態(tài)金屬和 LED）的回收。在閉環(huán)過程中完全再利用導電復合材料的所有組件仍然是未來研究的目標。

雖然可能無法控制世界上消費者丟棄的電子產品的數(shù)量，但這項工作代表了將更多電子產品從垃圾填埋場中清除的關鍵一步。

弗吉尼亞理工大學通過關鍵技術與應用科學研究所和巴特萊特的美國國家科學基金會早期職業(yè)發(fā)展（CAREER）獎支持了這項研究。