環(huán)球網(wǎng)

8月9日消息，據(jù)《自然-可持續(xù)性》（Nature Sustainability）報(bào)道，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授俞書宏團(tuán)隊(duì)開發(fā)出可閉環(huán)生物回收的纖維素基介電薄膜，能夠提高電子器件的循環(huán)利用率，從而減少電子廢棄物。

據(jù)介紹，電子廢棄物正以驚人的速度增長，對環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響已引發(fā)廣泛關(guān)注。為塑造電子產(chǎn)品的可持續(xù)未來，可回收電子器件因更低的環(huán)境足跡而吸引了研究人員的興趣。然而，由于組分的多樣性與結(jié)構(gòu)的復(fù)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(zhì)量受損等問題。閉環(huán)回收，特征是在回收過程中不損害材料質(zhì)量，對于減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)和建立循環(huán)材料經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。目前，科研人員在部分塑料的閉環(huán)回收方面已有一些成功嘗試，但這些方法多基于化學(xué)過程，存在高能耗或需使用苛刻化學(xué)品的問題。相比之下，生物技術(shù)憑借固有的選擇性和溫和的工作條件等優(yōu)勢，為解決這些問題提供了潛在的替代方案。然而，設(shè)計(jì)可閉環(huán)生物回收的材料對生物制造、生物解構(gòu)以及兩者之間的兼容性提出了較高要求。

研究團(tuán)隊(duì)將開發(fā)的“氣溶膠輔助生物合成”新興生物制造策略與特異性的酶降解過程相結(jié)合，設(shè)計(jì)并制備出具有閉環(huán)生物可回收的纖維素基復(fù)合介電薄膜。“氣溶膠輔助生物合成”法是通用且可擴(kuò)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(fù)合材料。同時(shí)，纖維素酶水解是一項(xiàng)成熟技術(shù)，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溫和，無需高溫高壓或使用有毒化學(xué)品，即可完成“原料-產(chǎn)品-廢棄物”的閉環(huán)循環(huán)。

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(jì)，所獲得的細(xì)菌纖維素/玻璃微珠復(fù)合介電薄膜展現(xiàn)出高拉伸強(qiáng)度和楊氏模量、低介電常數(shù)、低熱膨脹系數(shù)、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(shù)低于目前已報(bào)道的各種有機(jī)-無機(jī)復(fù)合介電材料。人工干預(yù)下的細(xì)菌自發(fā)生命活動實(shí)現(xiàn)了獨(dú)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(fù)合材料的性能提升起到重要作用。研究表明，因具有優(yōu)異的綜合性能結(jié)合閉環(huán)生物可回收性，這種纖維素基介電薄膜在可持續(xù)電子器件領(lǐng)域頗有應(yīng)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低于商用的環(huán)氧樹脂基底。相關(guān)成本和生命周期評估分析發(fā)現(xiàn)，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(dāng)，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。

據(jù)了解，上述結(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指導(dǎo)意義。（青云）