研究人员开发出可回收、可自愈的电子设备

根据联合国2024年发布的报告，过去12年间全球电子废弃物数量几乎翻倍，从340亿公斤增至620亿公斤——相当于155万辆货运卡车的载重量——预计到2030年将达820亿公斤。其中仅有138亿公斤（约占总量的20%）有望被回收利用，且预计该回收量将维持停滞状态。

简而言之，我们丢弃的电子产品越来越多，而回收能力却未能同步提升。但弗吉尼亚理工大学两支研究团队在《先进材料》期刊上发表的新研究为电子垃圾问题提供了潜在解决方案：一种可回收材料能让电子产品更易分解和再利用。

化学与工程领域的突破

机械工程副教授迈克尔·巴特利特（Michael Bartlett）与化学助理教授乔什·沃尔奇（Josh Worch）来自不同领域，他们共同研发出新型电路材料。在其博士后和研究生团队（成员包括Dong Hae Ho、Meng Jiang和Ravi Tutika）的共同努力下，这种新型电路具备可回收性、导电性、可重构性以及损伤后自修复能力，同时保持了传统电路板塑料的强度和耐久性——这些性能很少能同时存在于单一材料中。

该材料以玻璃体聚合物（vitrimer）为基础，这种动态聚合物可重新塑形并回收利用。这种多功能材料与液态金属微滴结合，后者像传统电路中的刚性金属一样承担电流传导功能。

这与其他可回收或柔性电子技术存在本质区别。通过将高性能适应性聚合物与导电液态金属结合，新电路在多重挑战下仍能保持稳定。

"我们的材料不同于传统电子复合材料，"巴特利特表示，"这些电路板具有卓越的韧性与功能性，即便在机械变形或损坏后仍能正常工作。"

材料的重生

传统电路板的回收需经过多个高能耗拆解步骤，且仍会产生大量废弃物，数十亿美元价值的金属组件在此过程中流失。

该团队研发的电路板回收过程直接且支持多种处理方式。

"传统电路板由永久性热固材料制成，回收极其困难，"沃尔奇解释道，"而我们的动态复合材料若受损，可通过加热修复或重塑，且电气性能不受影响。现代电路板根本无法实现这点。"

玻璃体聚合物电路板在寿命终结时还可通过碱性水解法分解，从而回收液态金属、LED等关键组件。实现导电复合材料所有组分在闭环工艺中的完全再利用，仍是未来研究的重点目标。

尽管可能无法遏制全球消费者丢弃电子产品的数量，这项研究标志着向减少电子垃圾填埋量迈出了关键一步。

本研究由弗吉尼亚理工大学关键技术与应用科学研究所（ICTAS）及巴特利特的国家科学基金会早期教师职业发展（CAREER）奖资助。