可生物降解的印刷电路问世如何解决电子产品的回收问题？

研究人员展示可生物降解的印刷电路。

图片来源：Marilyn Sargent/伯克利实验室

随着时间的推移，电子垃圾的问题会变得更加严重。最近，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的一个研究小组提出了一个潜在的解决方案：一种完全可回收和可生物降解的印刷电路。他们在《先进材料》杂志上报道了这种新设备。这一进展可以分流垃圾填埋场中的可穿戴设备和其他柔性电子产品，减少重金属废物对健康和环境的危害。

在之前发表在期刊《自然》上的一项研究中，研究小组发现，将洋葱伯克霍尔德氏菌脂肪酶(BC-lipase)等纯化酶嵌入塑料材料中可以加速其降解。这一次，研究小组没有使用昂贵的纯化酶，而是使用了更便宜的现成BC-脂肪酶“混合物”。这大大降低了成本，有助于电路的大规模生产。

研究人员开发了一种可打印的“导电墨水”，它由可生物降解的聚酯粘合剂、导电填料如银片或炭黑以及商业上可用的酶混合物组成。墨水的导电性来自银或碳黑颗粒，生物可降解聚酯粘合剂充当胶水。

研究人员使用带有导电墨水的3D打印机在硬质生物降解塑料、柔性生物降解塑料和布料等各种表面上打印出电路图案，证明了墨水可以附着在各种材料上。墨水干燥后，集成电路器件就形成了。

为了测试它的保质期和耐用性，研究人员在不控制湿度和温度的情况下，在实验室中将印刷电路储存了7个月。结果，发现电路的导电性与储存前一样好。

他们将电路浸在温水中测试其可回收性。72小时内，电路材料降解为银颗粒，与聚合物粘合剂完全分离，聚合物分解为可重复使用的单体。研究人员无需额外处理就能轻松回收金属。实验结束时，他们确定大约94%的银颗粒可以回收和重复使用。

电路运行30天后仍能降解，说明这些酶仍有活性。这是由于添加了酶保护剂。

研究人员表示，这种电路可能是瞬态电子设备中使用的一次性塑料的可持续替代品，如生物医学植入物或环境传感器，它们将在一段时间内分解。