美国杜克大学工程师开发了世界上第一个完全可回收的印刷电子产品:由3种碳基墨水制成的晶体管。研究人员希望以此激发新一代可循环利用的电子产品的研发,以帮助解决日益增长的全球电子垃圾问题。相关研究发表在26日的《自然·电子学》杂志上。

​美国杜克大学开发世界首个可回收印刷电子晶体管 缓解全球电子垃圾问题

制作晶体管和集成电路的原料一般是硅片,很难回收利用。据联合国估计,每年丢弃的数百万公斤电子产品中,只有不到1/4被回收利用。


在新研究中,杜克大学电气与计算机工程教授亚伦·富兰克林及其团队展示了一种完全可回收的全功能晶体管,其由3种碳基墨水制成,可以轻易打印到纸张或其他柔韧环保材料的表面。碳纳米管和石墨烯墨水分别用于半导体和导体。富兰克林说,这些材料在印刷电子产品领域并不新鲜,开辟可回收利用新途径的是一种名为纳米纤维素的木质绝缘介质墨水。

​美国杜克大学开发世界首个可回收印刷电子晶体管 缓解全球电子垃圾问题

纳米纤维素可生物降解,多年来一直用于包装等领域。此次,研究人员开发出一种悬浮纳米纤维素晶体的方法,这种晶体从木材纤维中提取出来,在上面洒上少许食盐,就可以产生一种墨水,作为打印晶体管的绝缘体。在室温下将这3种墨水放在喷墨打印机中,打印出的全碳晶体管性能良好,可以广泛应用。


将打印出的晶体管浸入一系列水槽中,用声波轻轻震动它们,并对产生的溶液进行离心,可依次回收碳纳米管和石墨烯,平均回收率接近100%。此外,两种材料都可以在相同的印刷过程中重复使用,性能几乎无损。由于纳米纤维素是由木材制成的,其与印刷纸均可被回收利用。


富兰克林表示,像这样的可回收电子产品不可能完全取代芯片,而且当前研究离打印可回收的计算机处理器还很远。但这种完全可回收的多功能印刷晶体管为我们开发出拥有可循环“生命周期”的新型电子产品奠定了基础。


用二维纳米材料,可以印刷电路,制作电子元器件甚至晶体管。当然,和传统晶体管相比,这类晶体管在性能上还有一定差距。这次,科研人员改良了打印晶体管的“墨水”,用了悬浮纳米纤维素晶体+食盐的新“配方”。这一配方的最大亮点,就是“可回收”。电子垃圾是摆在人类面前的棘手问题,电子产品的更新换代越来越快,电子垃圾也越来越多。制备可完全回收的碳基材料晶体管,也为可循环使用的新型电子产品制造工艺探了路。


文章来源: 科技日报

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