“00 后 ”章之涵，曾于 19 岁在美国佐治亚理工学院以最高荣誉获得本科学位。

　　如今，正在美国华盛顿大学计算机科学与工程学院读博的他和所在团队，又打造出一种可回收型印刷电路板，并提出一种能用于回收类玻璃化环氧树脂（Vitrimer）复合材料的无损膨胀分离方法，能实现超 90% 的原料回收率，相关论文发在 Nature 子刊上。

　　随着印刷电路板在电子行业的广泛应用，这项技术有望在消费设备、工业设备和医疗设备的制造中得到推广。

　　经过优化之后的可回收印刷电路板，具有与传统印刷电路板相匹配的电气性能和机械性能，不仅符合工业标准、而且耐化学蚀刻，能为回收电子计算机行业的聚合物材料和复合材料铺平道路。

　　据了解，Vitrimer 印刷电路板可以兼容目前印刷和制造电路的工业界标准加工工艺，有潜力快速普及并立即替代传统印刷电路板，预计其成本也和传统印刷电路板相似。

　　在 Vitrimer 印刷电路板的原材料上，课题组使用了现成的化学品，在原材料获取上较为方便。加工步骤也与传统环氧树脂等工业生产的材料大致相同，这表明 Vitrimer 印刷电路板在规模生产上具有一定的成本竞争潜力。

　　因此，该团队希望本次提出的技术和回收方法，能够帮助杜绝电子垃圾，助力于在循环生命周期中重新利用这些材料，减少今后所需的塑料数量。

　　另据悉，Vitrimer 是一大类材料。本次使用的 Vitrimer 由环氧化物、酸和催化剂组成。通过改变这些化学功能团，可以调整 Vitrimer 的特性，从而打造出来柔性 Vitrimer、以及耐高温 Vitrimer。

　　目前，该团队也正在开发 AI 工具，以便预测新合成的 Vitrimer 材料的性能，从而更好地针对目标应用来定制合成的原材料。

　　如今，人类已将计算设备融入各个方面，比如正在阅读这篇文章的你就正在使用手机或电脑。

　　如今，人类每年产生近亿吨的电子垃圾（e-waste），是全球增长最快的垃圾流之一。

　　作为一名研究普适计算的从业者，该团队希望创造更多的计算设备，以用于尚未被探索的应用场景，包括用于各种可穿戴设备和环境自然传感等。

　　印刷电路板（PCB，Printed Circuit Boards），存在于目前所有计算设备之中，也是电子废物的主要构成部分之一。

　　印刷电路板，是一种由芯片、晶体管和其他电子元器件互连的物理基板，通常由几层玻璃纤维和塑料和铜箔层压而成。

　　印刷电路板往往被设计得具备防火性和防化学腐蚀性，这使它们非常坚固耐用，但也基本上无法被回收利用。

　　由于印刷电路板中的塑料无法从玻璃纤维中分离出来，因此废弃的印刷电路板通常堆积在垃圾填埋场，它里面的化学物质会渗入环境中进而污染大自然。

　　发达国家通常将这些垃圾出口到发展中国家，有时发展中国家的人们会通过焚烧的方式，来提取电子产品中的贵重金属比如金和铜来牟利。

　　这一过程不仅会造成浪费又含有毒性，特别是在焚烧印刷电路板的过程中，大部分工人没有任何保护措施。

　　2022 年，章之涵来到华盛顿大学读博。当时，他所在团队的合作者，正在开发新型可回收聚合物（Vitrimer），并已将其用于航空航天复合材料。

　　章之涵所在团队意识到他们正在开发的 Vitrimer 材料是创建可回收印刷电路板的理想解决方案。

　　在这种方案的指导之下，还有望创造出具有类似工业界行业标准性能的可回收印刷电路板，从而取代传统印刷电路板。

　　那么，为什么课题组注意到了 Vitrimer？因为，传统印刷电路板是不可回收的，原因在于传统印刷电路板使用了热固性塑料，这是一种类似于环氧树脂的材料。

　　一旦材料固化之后，环氧树脂分子就会形成强而密集的交联键，几乎不可能在不破坏化学链的情况下分解它。

　　而 Vitrimer 在特定外界刺激下具有独特的特性，分子可以移动并形成新的键，这使得材料可以修复机械损伤。

　　使用 Vitrimer 只是解决可回收电路版的第一步。因此，印刷电路板并不只是一层单一的材料，而是一种复合材料，由几层玻璃纤维与聚合物层压在一起组成。

　　所以，为了有效回收包括玻璃纤维和聚合物在内的原材料，必须设计一种能将聚合物与玻璃纤维分离、但却不会破坏它们的方法。

　　传统回收方法往往采取燃烧法或化学溶解法，章之涵等人则将电路板浸入小分子溶剂中使其膨胀，就像将明胶粉浸入水中它会膨胀变成果冻一样。

　　这样一来，Vitrimer 会和玻璃纤维发生分离。由于溶剂在此处并没有和 Vitrimer 发生化学反应，因此也可以重复地使用溶剂。

　　一旦从玻璃纤维中分离 Vitrimer，不仅可以回收玻璃纤维，还可以利用 Vitrimer 固有的可回收性，用来制造新的印刷电路板。

　　由于这一研究方向结合了绿色材料、器件、嵌入式系统、人机交互和应用机器学习。

　　因此，章之涵需要与不同系、不同组的学者合作。在本次项目之中，他发现很多基础学科的研究者，不太接受“基于现实问题找解”的研究方式。

　　后者觉得基础科学的创新才是真正的科研，而章之涵所做的似乎更像是系统工程问题，并不是真正的科学。

　　“后来，我意识到与其说服他们接受‘从实际问题出发，反推路径和方法，再回归工业界验证方案可行性’的研究思路，不如向他们请教关于材料领域的知识，和他们一起进化学实验室合成制造材料。”章之涵说。

　　大约半年之后，他发现自己的热情逐渐感染了合作者们，他们也开始为本次项目投入更多精力和思考。

　　章之涵是第一作者，华盛顿大学的阿尼鲁达·瓦希什特（Aniruddh Vashisth）教授和维克拉姆·艾尔（Vikram Iyer）教授担任共同通讯作者[1]。

　　通过此，他们证明本次提出的 Vitrimer 印刷电路板与传统的印刷电路板相比，对环境更加有益。

　　在生命周期评估的过程中，章之涵等人发现传统的生命周期评估工具使用门槛非常高，而且非常费时。

　　而要想实现可持续的普适计算，就需要新型的设计工具，帮助研究人员在设计过程中，就能针对可持续性做出决策，从而减少电子和计算设备的环境足迹。

　　因为所要评估的计算设备，往往由众多芯片和其他电子组件组成，这需要大量的半导体制造知识，而既懂得使用生命周期评估工具、又懂得上述专业知识的专家少之又少。

　　因此，章之涵认为要想针对可持续性做出明智决策，并不一定需要绝对的指标，而是可以通过相对的比较设计来完成。

　　同时，也可以利用特定专业领域的启发式方法来执行这些比较。基于此，他和所在团队又开发了一款名为 DeltaLCA 的交互式的计算设计工具。

　　在该工具的帮助之下，可以通过对电子设计进行比较分析，来解决自动化生命周期库存生成和半导体开源数据可用性的双重挑战。

　　章之涵是第一作者，维克拉姆·艾尔（Vikram Iyer）教授担任通讯作者。

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