【华e生活编译】杜克大学的工程师们开发出了世界上第一款完全可回收的印刷电子产品，其制造过程中使用水代替化学物质。通过避免使用危险化学品，这项示范表明了行业可以采取的减少环境影响和人类健康风险的途径。
这项研究发表在2月28日的《纳米快报》（Nano Letters）在线杂志上。
任何电子制造商面临的主要挑战之一是要将几层组件成功叠加在一起，这对于制造复杂设备至关重要。让这些层粘在一起可能是一个令人沮丧的过程，特别是对于印刷电子产品而言。
这项研究的负责人、杜克大学电气与计算机工程艾迪教授亚伦·富兰克林（Aaron Franklin）解释说:制造复杂的电子设备需要将多个组件层叠在一起，但这个过程很困难。就像做花生酱和果酱三明治一样，如果你在两片面包上分别涂一层花生酱和果酱，很容易。但是，如果你先在面包上涂果酱，再试图在果酱上面涂花生酱，果酱就会和花生酱混合在一起，无法保持分离。类似地，将电子元件叠加在一起也很难，需要采取特殊的技术。
富兰克林和他的团队展示了第一个完全可回收的印刷电子产品。该设备使用了三种碳基墨水:半导体碳纳米管、导电石墨烯和绝缘纳米纤维素，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。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。
纳米纤维素可生物降解，多年来一直用于包装等领域。杜克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。
据联合国估计，每年被丢弃的数百万磅电子产品中，只有不到四分之一被回收。随着世界最终升级到6G设备，以及物联网(IoT)的不断扩展，这个问题只会变得更糟。因此，任何能在这堆积如山的电子垃圾中有所作为的举措都是非常重要的。
虽然还需要做更多的工作，富兰克林说，这种方法可以用于其他电子元件的制造，比如现在社会上无处不在的屏幕和显示器。每个电子显示器都有一个薄膜晶体管的背板，类似于论文中所演示的。目前使用的制造技术是高能量的，依赖于危险化学品和有毒气体。整个行业已被美国环境保护署标记为立即关注。
富兰克林说:“我们的薄膜晶体管的性能比不上目前制造的最好的晶体管，但它们具有足够的竞争力，足以向研究界表明，我们都应该做更多的工作，使这些过程更环保。”
