电子产品的可回收电路板设计

弗吉尼亚理工大学的两个研究小组最近在《先进材料》上发表了一项研究，提出了一种可回收材料，可以帮助电子设备更容易拆卸和重复使用。

手机、平板电脑、笔记本电脑和家用电器的频繁升级和故障导致废弃电子产品的数量不断增加。这类废物通常被称为电子垃圾。

根据联合国2024年的一项研究，全球电子垃圾在过去12年中几乎翻了一番，从340亿公斤增至620亿公斤。这大约相当于155万辆运输卡车的重量。预计到2030年，全球电子垃圾总量将达到820亿公斤。

预计只有约138亿公斤（约占当前总量的20%）将被回收利用。近年来，这一比例基本保持不变。

简而言之，越来越多的设备被丢弃，而回收利用的努力却没有跟上步伐。

化学与工程有答案

机械工程副教授 Michael Bartlett 和化学助理教授 Josh Worch 合作开发了一种新型电路材料。尽管他们来自不同的学科背景，但他们在这个项目上进行了合作。

这些电路由博士后和研究生团队开发，团队成员包括 Dong Hae Ho、Meng Jiang 和 Ravi Tutika。这些电路设计为可回收、导电、可重构，并且能够在损坏后自我修复。它们还保留了传统电路板塑料的强度和耐用性，而这些特性通常不会融合在单一材料中。

这种新材料的基础是Vitrimer，一种可重塑和回收的动态聚合物。这种聚合物与液态金属液滴结合在一起，液态金属液滴作为导电元件，类似于传统电路使用刚性金属的方式。

这种方法不同于以往用于制造可回收或柔性电子产品的方法。通过将适应性聚合物与导电液态金属相结合，所得到的电路能够承受一系列机械和环境挑战。

我们的材料不同于传统的电子复合材料。电路板具有出色的弹性和功能性。即使在机械变形或损坏的情况下，它们仍然可以正常工作。

迈克尔·巴特利特 (Michael Bartlett)，弗吉尼亚理工大学机械工程副教授

第二次生命

传统电路板的回收涉及多个耗能步骤，并且仍然会产生大量废弃物。在此过程中，价值数十亿美元的贵重金属部件往往会被浪费。

相比之下，该团队的电路板可以使用更简单的方法回收，并且在材料回收方式上提供了更大的灵活性。

传统电路板采用永久性热固性材料制成，极难回收利用。而我们的动态复合材料，即使受热损坏，也能进行修复或重塑，且电气性能不会受到影响。而现代电路板根本无法做到这一点。

Josh Worch，弗吉尼亚理工大学化学助理教授

Vitrimer电路板在其使用寿命结束后，可以通过碱性水解进行拆卸。该工艺可以回收液态金属和LED等关键部件。目前正在进行的研究旨在开发一个完全闭环的系统，使所有导电复合材料都能重复利用。

尽管可能无法阻止消费者继续丢弃电子设备，但这项工作代表着朝着减少最终进入垃圾填埋场的电子产品数量迈出了一步。

该研究得到了弗吉尼亚理工大学关键技术与应用科学研究所和巴特利特国家科学基金会 CAREER 奖的支持。

期刊参考：

Ho, DH等人(2025) 液态金属‐Vitrimer 导电复合材料，用于可回收和弹性电子产品。先进材料。doi.org /10.1002 /adma.202501341 。