中國科學技術(shù)大學俞書宏院士團隊成功開發(fā)出一種可閉環(huán)生物回收的纖維素基介電薄膜形勢，能夠提高
電子器件的循環(huán)利用率，從而減少電子廢棄物取得明顯成效。相關(guān)研究成果以“Closed-loop bio-recyclable dielectric films for sustainable electronics”為題于7月28日發(fā)表在國際學術(shù)期刊《Nature Sustainability》上。
電子廢棄物正以驚人的速度增長貢獻力量，其對環(huán)境和人類健康的負面影響已引發(fā)廣泛關(guān)注使用。為塑造電子產(chǎn)品的可持續(xù)未來，可回收電子器件因其更低的環(huán)境足跡而極大地吸引了研究人員的興趣發行速度。然而更加堅強，由于組分的多樣性與結(jié)構(gòu)的復雜性，可回收電子器件仍面臨部分組件被丟棄性能、能耗較高以及材料質(zhì)量受損等問題初步建立。閉環(huán)回收，特征是在回收過程中不損害材料質(zhì)量供給，對于減輕嚴峻的全球環(huán)境負擔和建立循環(huán)材料經(jīng)濟至關(guān)重要的方法。目前，在部分
塑料的閉環(huán)回收方面已有一些成功的嘗試進行探討，但這些方法大多基于
化學過程(如酸水解和動態(tài)交換反應)落到實處，存在高能耗或需使用苛刻化學品的問題。相比之下最新，生物技術(shù)憑借其固有的選擇性和溫和的工作條件等優(yōu)勢技術創新，為解決這些問題提供了潛在的替代方案，值得更多關(guān)注重要作用。然而持續向好，設(shè)計可閉環(huán)生物回收的材料對生物制造習慣、生物解構(gòu)以及兩者之間的兼容性提出了很高的要求。
本項研究將團隊發(fā)展的被稱為“氣溶膠輔助生物合成”的一種新興生物制造策略與特異性的酶降解過程相結(jié)合進展情況，成功設(shè)計并制備出具有閉環(huán)生物可回收的纖維素基復合介電薄膜(圖1)的積極性。該團隊發(fā)展的氣溶膠輔助生物合成法是一種通用且可擴展的策略，可將葡萄糖單體和功能構(gòu)筑單元加工成纖維素基功能復合材料應用的選擇。同時十大行動，纖維素酶水解是一項成熟技術(shù)，能特異性地將纖維素解聚為葡萄糖背景下，且不影響其他組分綜合措施。上述兩種生物過程足夠溫和，無需高溫高壓或使用有毒化學品自然條件，即可完成“原料-產(chǎn)品-廢棄物”的閉環(huán)循環(huán)設計標準。
圖1.可閉環(huán)生物回收的纖維素基介電薄膜
得益于氣溶膠輔助生物合成法及基于此的三明治結(jié)構(gòu)設(shè)計(圖2a-c)，所獲得的細菌纖維素/玻璃微珠復合介電薄膜展現(xiàn)出高拉伸強度和楊氏模量力量、低介電常數(shù)我有所應、低熱膨脹系數(shù)、良好柔韌性以及表面光滑等特性深入實施。該纖維素基介電薄膜的介電常數(shù)低于目前已報道的各種有機-無機復合介電材料(圖2d,e)至關重要。人工干預下的細菌自發(fā)生命活動實現(xiàn)了獨特的高孔隙率結(jié)構(gòu)的制備，密堆積的玻璃微珠內(nèi)部以及之間的空氣對復合材料的性能提升起到重要的作用效果。因具有優(yōu)異的綜合性能結(jié)合閉環(huán)生物可回收性有所應，這種纖維素基介電薄膜在可持續(xù)電子器件領(lǐng)域具有巨大應用潛力，如基于纖維素基介電薄膜加工的電子器件的信號傳輸損耗顯著低于商用的環(huán)氧樹脂基底(圖2f)合作關系。有關(guān)成本和生命周期評估分析表明著力提升，與商用介電薄膜相比，這種生物制造的纖維素介電薄膜成本與其相當傳遞，但在人類健康和自然資源方面顯著降低了對環(huán)境的影響(圖2g)融合。這種結(jié)合氣溶膠輔助生物合成和酶降解的閉環(huán)生物回收策略，對開發(fā)下一代可持續(xù)電子材料和電子器件具有重要的指導意義相關性。
圖2.可閉環(huán)生物回收的介電薄膜的結(jié)構(gòu)與性能
俞書宏院士團隊博士生趙玉祥完成的事情、博士后韓子盟、李曉光教授團隊博士生丁崧為論文共同第一作者可以使用，管慶方副研究員與俞書宏院士為論文共同通訊作者進入當下。
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項效高化、國家自然科學基金新體系、新基石研究員項目、安徽省重大基礎(chǔ)研究項目等資助。
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