新型可自我修复电路板问世 或助减少电子垃圾

现代社会不断产生新的电子设备，但大量旧的电子设备并未被有效回收，且销毁过程容易产生影响人体和环境的有毒物质。美国一所大学研发出一款可回收和修复的新型电路板，有望减少废弃电路板和有毒物质的生成。

当代人们使用手机、电脑和家用电器等电子产品上，不断追求迭代更新，这导致大量旧设备沦为“电子垃圾”（E-waste），而电子垃圾的回收需要经历大量繁琐的工作，其中电路板和一些塑胶回收困难，且回报率和利润低，让整个回收工作雪上加霜，并造成电子垃圾持续增加。

据联合国发布的2024年报告显示，全球电子垃圾数量在过去12年里，从340亿公斤快速增加到620亿公斤，该重量相当于155万辆运输卡车，预计到2030年将达到820亿公斤，且其中仅20%（约138亿公斤）能被有效回收利用，这种情况可能将持续下去。

美国维吉尼亚理工大学（Virginia Tech）研发出一种新型电路材料，具备可回收、导电、可重构，以及损坏后可自我修复等特点，同时保留了传统电路板塑胶的强度和耐用性。该项研究在6月1日发表在《先进材料》杂志上。

研究团队以一种动态玻璃化聚合物Vitrimer为原料，与低熔点的液态金属（LM）液滴，合成一种新型的电路板（LM-Vitrimer）。整个过程，无需额外的催化剂或高固化温度，因此成型和重塑过程十分简单。

研究人员表示，Vitrimer聚合物是一种热固材料，能够提供电路板像塑胶一样的刚性、热固性、机械特性且具有重塑回收性质，而EGaIn液态合金（75wt.%镓，25wt.%铟）赋予电路板良好的导电性，功能类似传统电路板上的铜线电路，可以规划电路和通电方向。

研究人员测试LM-Vitrimer复合材料的机械强度和导电性。结果显示，1.5毫米（mm）厚的LM-Vitrimer电路板，可以承受9公斤重量的拉力，即使电路板弯曲成螺旋的情况下，依然能正常通电使用，支持稳定的电流和电压传输。

研究人员将Vitrimer合成“纯酯基环氧Vitrimer”，以测试它的可塑性、机械性和稳定性。结果显示，该材料十分稳定，最多可以承受80 MPa的拉伸强度，且能够在170°C至200°C温度间重塑，依旧保持良好的机械性能。

另外，他们测试LM-Vitrimer电路板的自我修复能力。结果显示，该电路板在受损的情况下也依然坚固耐用，只需短暂加热就可修复形状和电气功能。

研究人还发现LM-Vitrimer新型电路板在使用寿命结束后，可以透过5 M氢氧化钠（NaOH）水溶液降解，回收部分Vitrimer、EGaIn液态合金、LED灯珠等关键零件。此外，这些零件可以再度重建成新的电路板，只会留下些许无法再聚合的副产物。

研究团队表示，虽然我们无法控制全球消费者丢弃的电子产品数量，但这项新发明可以防止更多的电子产品进入垃圾掩埋场。未来研究目标是实现LM-Vitrimer材料和其它组件的完全循环利用。

维吉尼亚理工大学机械工程系副教授迈克尔‧巴特利特（Michael Bartlett）向该大学新闻室表示，“我们的材料不同于传统的电子复合材料。这些LM-Vitrimer电路板即便在机械变形或损坏的情况下，它们依然能够正常工作，这展现它具有极强的弹性和功能性。”

维吉尼亚理工大学大分子创新研究所助理教授乔许‧沃奇（Joshua C. Worch）则表示，“传统电路板因永久性热固性材料制成，导致它变得极难回收再利用。不过，我们的LM-Vitrimer复合材料，可以透过加热修复或重塑，且电气性能不会受到影响，这些优点是传统电路板难以企及的地方。”

这项研究得到了维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早期教师职业发展（CAREER）奖的支持。