科學家研發出可閉環生物回收的介電薄膜

【環球網科技綜合報道】8月9日消息，據《自然-可持續性》（Nature Sustainability）報道，中國科學院院士、中國科學技術大學教授俞書宏團隊開發出可閉環生物回收的纖維素基介電薄膜，能夠提高電子器件的循環利用率，從而減少電子廢棄物。

據介紹，電子廢棄物正以驚人的速度增長，對環境和人類健康的負面影響已引發廣泛關注。為塑造電子產品的可持續未來，可回收電子器件因更低的環境足跡而吸引了研究人員的興趣。然而，由於組分的多樣性與結構的複雜性，可回收電子器件仍面臨部分組件被丟棄、能耗較高及材料質量受損等問題。閉環回收，特徵是在回收過程中不損害材料質量，對於減輕環境負擔和建立循環材料經濟至關重要。目前，科研人員在部分塑料的閉環回收方面已有一些成功嘗試，但這些方法多基於化學過程，存在高能耗或需使用苛刻化學品的問題。相比之下，生物技術憑藉固有的選擇性和温和的工作條件等優勢，為解決這些問題提供了潛在的替代方案。然而，設計可閉環生物回收的材料對生物製造、生物解構以及兩者之間的兼容性提出了較高要求。

研究團隊將開發的“氣溶膠輔助生物合成”新興生物製造策略與特異性的酶降解過程相結合，設計並製備出具有閉環生物可回收的纖維素基複合介電薄膜。“氣溶膠輔助生物合成”法是通用且可擴展的策略，可將葡萄糖單體和功能構築單元加工成纖維素基功能複合材料。同時，纖維素酶水解是一項成熟技術，能夠特異性地將纖維素解聚為葡萄糖，且不影響其他組分。上述兩種生物過程足夠温和，無需高温高壓或使用有毒化學品，即可完成“原料-產品-廢棄物”的閉環循環。

得益於“氣溶膠輔助生物合成”法及基於此的三明治結構設計，所獲得的細菌纖維素/玻璃微珠複合介電薄膜展現出高拉伸強度和楊氏模量、低介電常數、低熱膨脹係數、良好柔韌性及表面光滑等特性。該纖維素基介電薄膜的介電常數低於目前已報道的各種有機-無機複合介電材料。人工干預下的細菌自發生命活動實現了獨特的高孔隙率結構的製備，密堆積的玻璃微珠內部以及之間的空氣對複合材料的性能提升起到重要作用。研究表明，因具有優異的綜合性能結合閉環生物可回收性，這種纖維素基介電薄膜在可持續電子器件領域頗有應用潛力，如基於纖維素基介電薄膜加工的電子器件的信號傳輸損耗低於商用的環氧樹脂基底。相關成本和生命週期評估分析發現，與商用介電薄膜相比，這種生物製造的纖維素介電薄膜成本與其相當，但在人類健康和自然資源方面顯著降低了對環境的影響。

據瞭解，上述結合氣溶膠輔助生物合成和酶降解的閉環生物回收策略，對開發下一代可持續電子材料和電子器件具有指導意義。（青雲）