通过可回收、可修复的电路板解决电子垃圾问题

两支弗吉尼亚理工大学研究团队的一项研究可能通过使用可回收材料制成的电路板，为世界面临的日益增长的电子垃圾问题提供了解决方案，这将使电子产品更容易分解和再利用。

机械工程副教授迈克尔·巴雷特和化学助理教授乔什·沃奇创造了一种新型电路材料。在他们的博士后和研究生研究团队，包括东海浩、蒋梦和拉维·图蒂卡的大量工作下，这些新的电路板是可回收的、电导性的、可重构的，并且在损坏后能够自愈。然而，它们仍然保留了传统电路板塑料的强度和耐用性。

根据联合国2024年发布的一份报告，过去12年间，全球电子垃圾的数量几乎翻了一番，从340亿公斤增加到620亿公斤。这相当于155万辆货运卡车，预计到2030年将达到820亿公斤。预计只有138亿公斤，即总数的20%，将被回收，这一数字预计将保持不变。

这种新材料以聚酰亚胺为起点，聚酰亚胺是一种可以重塑和回收的动态聚合物。该聚合物与携带电流的液滴金属结合，就像传统电路中的刚性金属一样。

与其他可回收或柔性电子产品的完全不同方法，高性能、适应性强的聚合物与电导率高的液态金属的结合，使这些新电路具有高度弹性。

“我们的材料不同于传统的电子复合材料，”巴特莱特说，“电路板非常坚韧和功能齐全。即使在机械变形或损坏下，它们仍然可以工作。”

回收传统电路板涉及多个高能耗的拆卸步骤，并且仍然产生大量废料。在这个过程中，数十亿美元的有价值金属部件被浪费掉了。

回收新型基于玻璃化树脂的电路板非常简单，并且可以通过多种方式完成。

“传统的电路板是由永久性热固性材料制成的，非常难以回收，”沃奇说。“在这里，我们的动态复合材料如果在损坏后加热，可以修复或重塑，而不会影响其电气性能。现代电路板做不到这一点。”

玻璃化电路板也可以在其生命周期结束时使用碱性水解进行解构，从而促进关键组件（如液态金属和 LED）的回收。在闭环过程中完全再利用导电复合材料的所有组件仍然是未来研究的目标。

虽然可能无法控制世界上消费者丢弃的电子产品的数量，但这项工作代表了将更多电子产品从垃圾填埋场中清除的关键一步。

弗吉尼亚理工大学通过关键技术与应用科学研究所和巴特莱特的美国国家科学基金会早期职业发展（CAREER）奖支持了这项研究。