近日，美国杜克大学工程师宣布开发出世界上第一个完全可回收的印刷电子产品：由3种碳基墨水制成的晶体管。研究人员希望以此激发新一代可循环利用的电子产品的研发，以帮助解决日益增长的全球电子垃圾问题。相关研究发表在4月26日的《自然·电子》杂志上。
随着世界各地的人们在他们的生活中采用更多的电子产品，有一堆不断增长的废弃设备，这些设备要么不能再使用电子产品回收行业，要么已经被丢弃以支持更新的型号。据联合国估计，每年丢弃的数百万公斤电子产品中，只有不到1/4被回收利用。而且，随着世界升级到5G设备和物联网（IoT）的不断扩大，这个问题只会变得更糟。虽然铜、铝和钢的碎片可以被回收，但作为设备核心的硅芯片却不能。
在新研究中，杜克大学电气与计算机工程教授亚伦·富兰克林及其团队展示了一种完全可回收的全功能晶体管，其由3种碳基墨水制成，可以轻易打印到纸张或其他柔韧环保材料的表面。碳纳米管和石墨烯墨水分别用于半导体和导体。富兰克林说，这些材料在印刷电子产品领域并不新鲜，开辟可回收利用新途径的是一种名为纳米纤维素的木质绝缘介质墨水。
纳米纤维素可生物降解，多年来一直用于包装等领域。此次，研究人员开发出一种悬浮纳米纤维素晶体的方法，这种晶体从木材纤维中提取出来，在上面洒上少许食盐，就可以产生一种墨水，作为打印晶体管的绝缘体。在室温下将这3种墨水放在喷墨打印机中，打印出的全碳晶体管性能良好，可以广泛应用。
将打印出的晶体管浸入一系列水槽中，用声波轻轻震动它们，并对产生的溶液进行离心，可依次回收碳纳米管和石墨烯，平均回收率接近100%。此外，两种材料都可以在相同的印刷过程中重复使用，性能几乎无损。由于纳米纤维素是由木材制成的，其与印刷纸均可被回收利用。
富兰克林表示，像这样的可回收电子产品不可能完全取代硅芯片，而且当前研究离打印可回收的计算机处理器还很远。但这种完全可回收的多功能印刷晶体管为我们开发出拥有可循环“生命周期”的新型电子产品奠定了基础。我们希望，通过创造新的、完全可回收的、容易印刷的电子产品，并展示它们能做什么电子产品回收行业，它们可能会在未来的应用中得到广泛使用。
