研究人员开发出可回收、可修复的电子设备

根据联合国2024年发布的一份报告，过去12年间全球电子废弃物总量几乎翻倍，从340亿千克增至620亿千克——相当于155万辆货运卡车的载重——预计到2030年将达到820亿千克。其中仅有138亿千克（约占总量的20%）有望被回收利用，且该回收率预计将停滞不前。

简言之，我们丢弃的电子产品日益增多，而回收能力却未能跟上。但弗吉尼亚理工大学两个研究团队在《先进材料》期刊上发表的新研究，为电子废弃物问题提供了一种潜在解决方案：一种可回收材料，可使电子产品更易分解和再利用。

化学与工程学的应对方案

机械工程系副教授迈克尔·巴特利特与化学系助理教授乔什·沃奇来自不同领域，但他们共同开发出一类新型电路材料。在其博士后和研究生团队（包括董海河、姜萌和拉维·图蒂卡）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，并在受损后能自修复。同时它们仍保持传统电路板塑料的强度和耐用性——这些特性鲜少共存于单一材料中。

该新型材料以玻璃体聚合物为基础，这是一种可重塑和回收的动态聚合物。这种多功能材料与液态金属微滴结合，由液态金属承担传统电路中刚性金属的导电功能。

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，新电路能在多种严苛条件下保持稳定。

巴特利特表示："我们的材料不同于传统电子复合材料。这些电路板具有卓越的韧性和功能性，即使在机械变形或损坏状态下仍能正常工作。"

二次生命

回收传统电路板需经历多个高能耗拆解步骤，且仍会产生大量废弃物。价值数十亿美元的珍贵金属元件在此过程中流失。

而回收该团队的电路板则简单直接，可通过多种方式实现。

沃奇解释道："传统电路板由永久性热固性材料制成，回收极其困难。而我们这种动态复合材料在受损时，可通过加热实现修复或重塑，且电气性能不受影响。现代电路板根本无法做到这一点。"

玻璃体聚合物电路板在寿命终结时还可通过碱性水解进行解构，从而回收液态金属和LED等关键元件。在闭环工艺中完全复用导电复合材料的所有组分，仍是未来研究的目标。

尽管可能无法遏制全球消费者丢弃电子产品的总量，但这项工作代表着阻止更多电子产品进入垃圾填埋场的关键一步。

本研究由弗吉尼亚理工大学通过关键技术与应用科学研究所，以及巴特利特的国家科学基金会早期教职职业发展奖（CAREER）提供支持。