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减少电子垃圾,有机生物降解材料新突破

Emily Gray-Fow 2019-07-10

如果要让这个星球长期处于可行的状态,电子垃圾是人类需要解决的一个主要问题。在过去的12个月中生物工程师一直在与电子工程师密切合作,通过多项突破来解决这个问题。ejQ电子头条

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有机和可生物降解电子产品的开发不仅仅是保护环境免受传统制造工艺的影响。新的制造方法可以降低成本,制造可以留在环境中的电子产品,而不必担心为后代留下污染。它也可以是一种有用的技术,用于制造生物安全的医疗植入物和传感器(利用先前的可植入MEDTECH,其传统的制造工艺可能导致化学品渗入用户体内)。最后,从消费者的角度来看,保护环境的想法可以使以高价销售此类产品成为可能。ejQ电子头条

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处理阴极射线计算机监视器和键盘,其塑料外壳确保它们无限期地留在垃圾填埋场。图片由PxHere提供。ejQ电子头条

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传统电子产品的问题ejQ电子头条

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传统电子产品会以多种方式对人和环境造成损害。这里有一些例子:油基塑料依赖化石燃料作为基础材料,需要数千年才能生物降解;锂和镉等重金属的社会和环境成本很高,因为它们往往来自人权记录较差的国家;如果水蛭进入环境中,它们会毒害土壤和水道;传统电子产品还使用需要全球运输的原材料,从而实现高碳排放量;它们难以回收,需要专业的拆卸,这可能会破坏环境(电池也不容易处理);由于原材料和制造设施短缺,它们受到全球电子零件短缺的影响。ejQ电子头条

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总而言之,目前制造电子产品的方法显然无法满足当前的需求而不会对人类和地球造成伤害。ejQ电子头条

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替代塑料ejQ电子头条

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传统的印刷电路板是以塑料为基础的(与许多成品消费电子产品一样)。多年来对替代材料的研究一直在进行,使我们能够获得许多替代品。生物塑料是其中之一。ejQ电子头条

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由淡水硅藻制成的名为Didymo又名Didymosphenia geminate的生物塑料例子。图片由维基媒体提供。ejQ电子头条

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生物塑料可以以木材、血粉、酵母产生的乳酸等为基础。然而,并非所有生物基塑料都是可生物降解的,并且在许多情况下,它们的成本仍然高于基于化石燃料的塑料。但在合适的市场中,消费者将为保护环境付出高价。随着油价上涨,这些成本也将降低,或者至少与传统塑料的成本一致。直到最近,取代皮革和软泡沫塑料等其他常见材料仍然是一项挑战。芬兰设计工作室Avian最近证明,可以用真菌衍生的泡沫和皮革替代品替代这些材料。他们的原型Korvaa耳机显示,在不使用不可持续材料的情况下,设计高端消费电子产品是可能的。也就是说,为了直接替换PCB中的塑料,事情会复杂一些。ejQ电子头条

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如果没有正确的性能,高温焊接会导致塑料变形甚至着火。 使用具有高玻璃化转变温度(TG)的糖基环氧树脂(吡喃葡萄糖简称GPTE)和二乙烯—甲苯四胺(DETDA)聚合材料以及醋酸纤维素(CA)方面已经取得了一些 成功。由于开裂和温度限制,这两种材料在制造上都有自己的问题,但这方面的进展肯定是取得的。ejQ电子头条

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不仅仅是塑料ejQ电子头条

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当然,电子产品远不止塑料。研究人员现在可以生产由聚合物制成的完全可生物降解的半导体。甚至可以制造可拉伸的电极,并在适当的环境下降解。它的潜力在于创造出不会对环境造成危害的设备,并且几乎可以在任何地方安全使用。 ejQ电子头条

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一个环保的“灯泡时刻”,代表着“绿色思维”。图片由Pixabay提供。ejQ电子头条

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完全可生物降解的电子产品ejQ电子头条

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除了简单的塑料替代品,生物可降解电子产品很可能是对环境危害较小的电子产品的未来。此外,还计划利用能够安全地消失在人体内的电子设备从而创造出全新一代的安全消费传感器和其他医疗设备。现在有可能制造出一种瞬态电子器件,作为有效的传感器、照相机、天线和太阳能电源,这些都可以用厚实的丝绸包裹起来。丝绸层决定了产品在进水溶解电子设备之前在体内存活的时间。ejQ电子头条

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这些电子产品的潜在医疗用途是巨大的。动物研究已经表明,植入可监测伤口愈合、血压和器官功能的瞬时传感器是可行的。再加上对这种设备无电池供电的整流天线的改进,我们可以期望在不久的将来看到这种技术的人类应用。ejQ电子头条

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物联网ejQ电子头条

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利用纤维素和其他可生物降解材料制造传感器的能力使我们能够自由地在环境中的任何地方安装传感器和其他物联网设备,而无需担心污染问题。如果我们可以简单地使我们用过的电子产品的塑料部件“消失”,那么回收也将变得更加简单,金属部件的提取变得更加容易。医疗设备不仅将发生革命性的变化:大规模的传感器网络将在任何地方,甚至在生态敏感地区都是可能的。ejQ电子头条

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展望未来ejQ电子头条

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作为工程师,我们需要开始考虑当前电子产品热潮对生态的影响。这些发展很快将使我们能够在许多不同情况下选择一个破坏性较小的选项。这些处理医疗电子产品的人很可能最快地获得这种技术,但任何参与设计和生产设备以供在我们宝贵环境中使用的人都需要密切关注这些发展。ejQ电子头条