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电子器件要完全实现“从摇篮到坟墓再到摇篮”的全循环路径有多难?一部手机含上百种材料,其中很多材料是被永久粘接、包封的,分离成本高且会交叉污染;而芯片等元件对杂质又极敏感,“回炉”材料稍有夹带杂质就报废。

怎么让材料在循环中不损失性能,重新变成干干净净的原材料?中国科学院团队在这条路上走出了一步。
前不久,中国科学院院士、中国科学技术大学教授俞书宏团队开发出一种可闭环生物回收的“纤维素基介电薄膜”,据称能显著提升电子器件的循环利用率,减少电子废弃物污染。
先解释一下什么是“介电薄膜”,你可以把它理解成“电路的底片”。它不是导电的铜箔,而是垫在导电图形下面、把线路彼此隔开的那层“地基”。
用城市道路来类比的话,电子产品中的金属走线像开往四面八方的“车道”,介电薄膜就像“路基”,它既要负责力学支撑、道路平整度与尺寸稳定,同时又要把不同“车道”隔开,防止碰撞事故。

用在电子产品中也一样:介电薄膜既要阻止电流乱窜,又要扛住芯片发热,还要承受各种机械弯折——因为它要用在各种柔性屏中。
一般电子器件中这部分金属走线都是高纯度金属,比如银、钴等。如果能高纯度回收,这些金属材料可以变成溅射靶材,再度用于芯片制造环节。
可惜的是这些金属一直很难回收,因为要从介电薄膜上面拆解下来、不带一丝一毫杂质太麻烦,成本端看并不划算。
传统介电薄膜的基材想分层很难,一般都是一股脑物理回收,但其实只是把塑料基板磨碎,电子元件照旧填埋。
我国科研团队从红茶菌中获得了灵感:让这种菌自己长出一种特殊的生物材料作为基底行不行?

说干就干,他们先让发酵红茶菌的关键微生物之一“木醋杆菌”,搭乘气溶胶“空降”到纳米纤维素网格上;这些直径仅头发丝千分之一的凝胶微球,成为细菌的空中“脚手架”。
当菌群分泌纤维素丝时,竟自发编织出“三明治”结构——上下是致密纤维层,中间夹着充满空气微球的缓冲层。

也就是说,科研团队造出的介电薄膜不再是单纯的一层材料,而是三层。米乐(MILE)-官方首页最外面两层是植物纤维,像三明治的两片面包,负责把整个材料撑起来、保持表面平整不变形。中间夹的不是肉,而是无数个极小的“空心小球”,里面主要是空气。
为什么要夹这些“小球”?因为空气最“不传电”。如果把很多空气均匀地“夹”进材料里,在这个“三明治”上跑来跑去的电信号会更轻快、损耗更小,专业上叫介电常数更低。
同时这些小球也有支柱作用,让三明治结构又轻又硬、不容易热胀冷缩,电路画在上面不易开裂、走样。
用纤维素有个最明显的好处就是好回收。科研团队发现,把废弃的纤维素基板浸入定制的酶溶液时,材料竟会像方糖入水般溶解为透明黏液,这可跟我们前述传统塑料回收截然不同。
最重要的是,这种特殊的纤维素酶精准“剪碎”瓦解纤维素后,还能做到不损伤金属电路,回收的溶液经气溶胶重组后,照样能作为介电薄膜使用。
这可是分子级别的原料翻新 。科研团队在论文中提到,若全球10%的柔性电路采用该材料, 每年可减少400万吨原油消耗与1200万吨碳排放。
当然,现在这个技术只关注电路底片的性能与可回收介,还没涉及到硅芯片、封装材料的全部拆解。如果有一天我们的手机材料全是类似的材料,那或许到达寿命后,它能像地球任何一种生命一样归于尘土。

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