柔性电子产品的新型基板材料或有助于对抗电子垃圾
电子垃圾是一个日益严重的全球性问题，随着机器人、可穿戴设备、健康监测器和其他新应用（包括一次性设备）的新型柔性电子产品的生产，电子垃圾预计会变得更加严重。麻省理工学院、犹他大学和 Meta 开发的一种新型柔性基板材料不仅可以实现设备使用寿命结束时材料和组件的回收，还可以实现比现有基板更复杂的多层电路的可扩展制造。
麻省理工学院教授 Thomas J. Wallin、犹他大学教授 Chen Wang 以及其他 7 人本周在《RSC：应用聚合物》杂志上发表了一篇论文，介绍了这种新材料的研发情况。
麻省理工学院材料科学与工程系助理教授瓦林表示： “我们认识到，电子垃圾是一场持续的全球危机，随着我们继续制造更多物联网设备，以及世界其他地区的发展，这一危机只会变得更加严重。”迄今为止，这方面的许多学术研究都旨在开发柔性电子产品传统基板的替代品，这些产品主要使用一种名为 Kapton 的聚合物，这是聚酰亚胺的商品名。
大部分此类研究都集中在完全不同的聚合物材料上，但“这实际上忽略了它的商业方面，即人们为什么一开始就选择这些材料，”沃林说。Kapton 有很多优势，包括出色的热性能和绝缘性能以及原材料的易得性。
到 2030 年，聚酰亚胺业务预计将达到 40 亿美元的全球市场。“它无处不在，基本上存在于每一种电子设备中”，包括连接手机或笔记本电脑内部不同组件的柔性电缆等部件，王先生解释道。由于其高耐热性，它还广泛用于航空航天应用。“它是一种经典材料，但三四十年来一直没有更新，”他说。
然而，Kapton 几乎不可能熔化或溶解，因此无法再加工。同样的特性也使得将电路制造成先进架构（例如多层电子产品）变得更加困难。制造 Kapton 的传统方法是将材料加热到 200°C 至 300°C。“这是一个相当缓慢的过程。需要几个小时，”王说。
该团队开发的替代材料本身就是一种聚酰亚胺，因此应该很容易与现有的制造基础设施兼容。这种替代材料是一种光固化聚合物，类似于牙医现在用来制造坚韧耐用的填充物的聚合物，在紫外线下只需几秒钟即可固化。这种材料硬化方法不仅速度相对较快，而且可以在室温下操作。
这种新材料可以作为多层电路的基板，从而大大增加可装入小尺寸元件的数量。
以前，由于 Kapton 基板不易熔化，因此必须将各层粘合在一起，这增加了工艺步骤和成本。Wang 表示，这种新材料可以在低温下加工，同时还能根据需要快速硬化，这一事实可能为新型多层设备带来可能性。
至于可回收性，该团队在聚合物主链中引入了亚基，这些亚基可以通过酒精和催化剂溶液快速溶解。然后，可以从溶液中回收电路中使用的贵金属以及整个微芯片，并重新用于新设备。
王解释说：“我们设计的聚合物的主链上有酯基，”与传统的 Kapton 不同。这些酯基很容易被一种相当温和的溶液分解，这种溶液可以去除基底，而不会损坏设备的其余部分。王指出，犹他大学团队已经共同创办了一家公司，将这项技术商业化。
“我们将聚合物分解成其原始的小分子。然后我们可以收集昂贵的电子元件并重新使用它们，”沃林补充道。“我们都知道芯片和一些材料的供应链短缺。这些元件中的稀土矿物非常有价值。因此，我们认为现在进行这些回收这些元件的工艺既有巨大的经济动机，也有环保动机。”
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