工程师开发了世界上第一个全新的可回收印刷电子产品

新技术回收了近100％的全碳基晶体管，同时保留了材料的未来功能。

杜克大学的工程师已经开发了世界上第一个完全可回收的印刷电子产品。通过展示一个至关重要的计算机组件 - 晶体管 - 用三个基于碳的墨水创建，研究人员希望激发新一代可回收电子产品来帮助争取越来越多的全球电子废物流行。

这项工作今天（4月26日）在线在线出现在杂志中自然电子产品。

“Silicon-based computer components are probably never going away, and we don’t expect easily recyclable electronics like ours to replace the technology and devices that are already widely used,” said Aaron Franklin, the Addy Professor of Electrical and Computer Engineering at Duke. “But we hope that by creating new, fully recyclable, easily printed electronics and showing what they can do, that they might become widely used in future applications.”

将绝缘纤维素印刷到其它碳基组件上以产生第一可再循环印刷晶体管。研究人员希望激励新一代可回收电子产品来帮助争夺越来越多的全球电子废物流行病。信誉：杜克大学

随着全球的人们在他们的生活中采用更多电子产品，有一个不断增长的丢弃装置，无论是不再工作还是已经被抛弃了，或者已经支持了更新的模型。据联合国估计，每年抛弃数百万英镑的电子产品少于四分之一的电子。问题只是因为世界升级到5G设备和物联网（物联网）继续扩大的问题。

部分问题的是电子设备难以回收。大型植物雇用数百名破坏笨重的设备的工人。但是，虽然铜，铝和钢的废料可以回收，但装置心脏的硅芯片不能。

在新的研究中，富兰克林和他的实验室展示了一种完全可回收的功能晶体管，由三种基于碳的油墨制成，可以容易地印刷到纸或其他柔性环保表面上。碳纳米管和碳纳米管石墨烯.墨水分别用于半导体和导体。富兰克林表示，虽然这些材料对印刷电子世界并不新鲜，但是，随着纳米纤维素的木材衍生的绝缘介质油墨的发展，打开了可回收性的路径。

“纳米纤维素是可生物降解的，并且已经用于包装的应用多年，”富兰克林说。“虽然人们长期以来一直以电子产品为绝缘体所知，但没有人讨论如何以前用它在可打印的墨水中使用。这是使这些完全可回收设备功能的钥匙之一。“

研究人员开发了一种悬浮从木纤维中提取的纳米纤维晶体晶体的方法，即洒上小台盐 - 产生令人钦佩地在其印刷晶体管中作为绝缘体进行的墨水。在室温下使用气溶胶喷射打印机中的三种墨水，该团队表明，其全碳晶体管在初始印刷后六个月才能使用足以用于各种应用。

然后，团队展示了他们的设计如何回收。通过将它们的装置浸没在一系列浴中，用声波轻轻振动它们并将所得溶液离心，碳纳米管和石墨烯依次回收，其平均产率近100％。然后，两种材料可以在相同的印刷过程中重复使用，同时丢失它们的性能可行性。并且因为纳米纤维素由木材制成，所以它可以简单地与印刷的纸一起再循环。

与电阻器或电容器相比，晶体管是用于诸如功率控制或逻辑电路和各种传感器的设备中使用的相对复杂的计算机组件。富兰克林解释说，通过展示完全可回收的多功能印刷晶体管首先，他希望为简单的设备进行商业上的技术进行第一步。例如，富兰克林说，他可以想象该技术在需要数千个简单的环境传感器的大型建筑中用于监控其能量使用或定制的生物传感贴片，以便跟踪医疗条件。

“像这样的可回收电子产品不能通过任何方式出去并更换整个半十万亿的行业，我们肯定靠近印刷可回收的计算机处理器，”富兰克林说。“但展示了这些类型的新材料及其功能希望是一种新型电子生命周期的正确方向的踏脚石。”

参考：“使用结晶纳米纤维素的可打印和可回收碳电子器件”，Nicholas X. Williams，George Bullard，Nathaniel Brooke，Michael J Therien和Aaron D. Franklin，4月26日4月26日，自然电子产品。
DOI：10.1038 / s41928-021-00574-0

这项工作得到了国防部，国民卫生部（W81XWH-17-2-0045），国家卫生研究院（1 00 00HL146849）和科学研究空军办公室（FA9550-1-0222）。