科學家從樹木中汲取靈感，讓電子產品更環保。在真正的綠色技術進步中，一組研究人員找到了一種方法，用樹葉製成的可生物降解替代品取代電子設備中的傳統印刷電路板 (PCB)。本月早些時候， 《科學進展》雜誌報道稱，這種「葉電子學」可以幫助減少人類每年產生的數千萬噸電子廢棄物。Christie Wilcox發表在最新一期權威期刊《科學》(Science) 的<用樹葉生產電路板將減少數百萬噸電子垃圾的產生>( Producing circuit boards from leaves would prevent millions of tons of e-waste)
2022 年全球製造商生產了 6,200 萬噸電子垃圾
清華大學材料科學家兼工程師尹蘭表示，這個想法“非常令人興奮”並且“非常有前途”，他致力於開發可生物降解的電子產品，但沒有參與這項研究。
電子垃圾無所不在，而且堆積得很快。 2022 年，全球製造商生產了 6,200 萬噸電子垃圾。德勒斯登工業大學 (TU Dresden) 應用物理研究所的博士後研究員兼工程師 Rakesh Nair 表示，到 2030 年，這一數字預計將增加 30% 以上，因為現代電子產品被設計為一次性的。 「我們可以輕鬆製造出使用壽命 10 年、20 年、30 年的電子產品，但我們故意製造它們，以便您購買新型號，」奈爾說。
以質量計算，電路板（電子元件所附著的面板）佔電子垃圾的 60%。 PCB 通常由極其堅韌的塑料或註入環氧樹脂的玻璃纖維製成，這種不可回收的基材是“問題的核心”，德累斯頓工業大學的實驗物理學家、奈爾的博士後顧問Hans Kleemann 說。 “它確實阻止了你進行所有這些重要的事情，例如回收和再利用組件。”因此，克萊曼、奈爾和同事開始尋找更環保的替代方案。
葉子可生物降解，但又足夠堅韌
奈爾首先考慮使用紙張來製作紙板，但因生產紙張所需的水量和污染物而打消了念頭。有一天，當他看著研究所附近的一棵大木蘭樹時，「突然靈光一閃」：他可以用它的葉子代替。
葉子可生物降解，但又足夠堅韌，可以抵禦颶風，它們的力量來自於它們的“骨架”，這是一種高度分枝的細脈網絡，由一種稱為木質纖維素的木質化合物製成。為了將木蘭葉變成電路板材料，奈爾首先透過化學方法去除葉子的細胞，將其剝離至骨架。然後，他用乙基纖維素（一種堅韌的可生物降解聚合物）填充了骨架的孔。由此產生的柔性板能夠承受各種電子製造工藝，包括用雷射在板上切割形狀、用商用銀墨水在其頂部印刷電路以及將組件焊接到其上。
奈爾甚至將一片葉子放入該團隊最先進的物理氣相沉積機中，並鋪設多層材料來製造有機發光二極管，從而產生了發光的leaftronic。奈爾說，他只是在測試成功後才告訴克萊曼，因為它可能會損壞這台昂貴的機器。
Nair 的 leaftronics 不僅性能良好，故障也很好。該團隊透過將 leaftronics 放入超音波酸浴中，能夠去除昂貴的金屬和電路元件。木板本身在堆肥堆中放置僅 1 個月後就開始降解。
朝著永續電子產品邁出的有意義的一步
研究人員計算出，Leaftronics 在生產過程中產生的排放量也比普通電路板低得多。奈爾最終設想在林場旁邊建立一個電子製造和回收工廠，這樣樹葉就可以被可持續地收穫，製成樹葉電子產品，然後回收（電路）或降解並用作燃料（樹葉）。 “沒有任何東西被浪費，”他說。
蒙特利爾理工學院研究可持續有機電子產品的物理化學家克拉拉·桑塔托 (Clara Santato) 表示，「這是朝著永續電子產品邁出的有意義的一步」。綠色電子領域的大多數研究人員都在尋找電子電路中使用的稀有且昂貴的材料的替代品，因此桑托託對奈爾和團隊針對底層電路板的做法表示讚賞。然而，她指出，一項技術不足以解決電子產業的永續發展問題。 「全球問題不僅僅有一個答案，」她說。
與任何新興技術一樣，最大的挑戰可能是說服電子製造商採用 leaftronics。儘管這些材料在實驗室測試中表現良好，但這可能不足以促使製造商改用它們。由於其生物降解性，Leaftronics 也可能不符合某些行業標準。
Kleeman 指出，目前的 PCB 材料在堅固性方面實際上是無與倫比的，它們是當前電子元件規則的基準。 「也許（監管機構）必須將（穩定性）門檻降低 5%，才能讓我們進入這個市場，」他表示。 “這更多的是行業改變的意願，因為他們需要妥協。”