可生物降解PCB针对短寿命电子器件

英国格拉斯哥大学（University of Glasgow） 研究团队开发出一种近乎全生物降解的 PCB，采用锌基导体与生物基基板材料制备而成。该研究旨在通过替代传统铜基 PCB，降低短工作寿命电子设备的电子垃圾环境影响。

该研究探索了适用于一次性电子设备与低占空比电子设备（包括传感及物联网相关器件）的 PCB 替代材料与制造工艺，具有重要参考价值。

锌导体增材制造工艺

该工艺区别于传统 PCB 的整板铜箔蚀刻流程，采用研究团队命名为生长转移增材制造（growth and transfer additive manufacturing） 的技术，仅在电路走线区域沉积导电材料。研究团队表示，此方法可减少金属用量，并避免使用腐蚀性强的化学蚀刻剂。

尽管锌的电导率仅为铜的约1/3，研究团队仍选择锌作为导电材料。他们指出，锌的导电性能足以满足多数应用场景，可通过增加走线厚度补偿其低电导率缺陷；同时，锌的材料成本更低，使整体制造成本与传统 PCB 基本持平。

制备得到的导电走线宽度可低至5 微米，通过临时载体转移至纸张、生物塑料及其他生物基材料等可生物降解基板上。

性能、寿命与降解特性

测试结果显示，该类电路性能与传统 PCB 相当，已在触觉传感器、LED 计数器及温度传感器等演示器件中完成功能验证。在室温存储条件下，电路性能可稳定保持一年以上。

该技术主要面向短寿命电子设备，如一次性传感器、智能标签、电子验孕棒等。研究团队估算，采用该工艺制造的器件货架寿命至少为两年，但仍需进一步开展实境测试。

在堆肥条件下，电路预计24 小时内停止工作，并在数周内完全降解。可通过涂覆保护层延缓降解过程，但研究人员强调，使用阶段的环境耐受性与寿命终结时的可降解性存在权衡关系，因此保护层方案需根据具体应用场景定制。

研究团队强调，全生物降解 PCB不适用于智能手机、计算机等长寿命、高价值电子设备，此类产品仍以延长使用寿命及提高可回收性为主要发展方向。

制造挑战与环境影响

多层电路制造仍是技术难点，尤其是层间过孔互连（through-hole interconnections） 的制备。研究团队正探索激光钻孔等工艺方案，但工艺复杂度的提升会导致成本增加，因此早期演示器件可能仍以相对简单的结构为主。

生命周期评估显示，与传统 PCB 相比，该可生物降解 PCB 的全球变暖潜势可降低 79%，资源消耗减少 90%。研究人员同时指出，电源模块仍是技术瓶颈 —— 传统锂电池无法生物降解，团队正同步开展基于锌、碳及明胶等材料的可降解电池技术研究。

该研究成果发表于《Communications Materials》期刊，由格拉斯哥大学詹姆斯・瓦特工程学院（James Watt School of Engineering） 完成。