新型瞬態電子設備：可溶於水！

導讀

最近，中國和美國休斯頓大學的研究人員聯合開發了一種新型瞬態電子設備，它可以通過與大氣中的水分子接觸而溶解，不僅有利於環保，還可以用於醫療和安全防衛領域。

關鍵字

環保、電子產品、安全

背景

電子產品為人類社會的進步作出了巨大貢獻，然而電子垃圾照成的危害也不容小覷。如果電子垃圾得不到妥善處理，不僅會嚴重危害環境，也會威脅人類健康，帶來癌症等多種疾病。

（圖片來源：路透社）

為什麼電子元器件會產生這麼大的環境危害呢？究其原因，是因為目前流行的電子器件如智能手機、平板電腦等攜帶型個人電子設備, 為了能夠長期穩定地發揮功能，通常由不可降解、非常穩定、甚至可能有毒(如砷化鎵)的基底材料和電子元器件製造而成。

為此，筆者曾介紹過一種凍粉碎處理電子垃圾的創新方法，然而今天我要為大家介紹的是最近5年才發展起來的一種新興電子器件製備技術：瞬態電子。或許，許多人對於這個概念並不熟悉，下面為大家解釋一下。

瞬態電子是指其組成的功能部件包括襯底材料、無機半導體材料、互聯導線等能夠以規定的速率，在編程時間內全部或部分消失的一種電子器件製備技術。

瞬態電子器件在運行時具有較好的穩定性，通過較為成熟的柔性電子器件加工技術和轉移印刷技術， 其性能可以與普通器件相媲美。但是，與傳統電子器件截然不同的是，瞬態電子器件可以在外界刺激或者相關指令的調控下實現物理形態和器件功能上的消失。

下圖展示了一個近場通信線圈的示意圖，及其遇水後在樹葉上快速溶解的過程。

（圖片來源：參考資料【3】）

與我們前面介紹的眾多前沿創新技術一樣，瞬態電子研究是一門跨學科跨專業的交叉學科，涉及材料學、電子學、力學以及生物學等多門學科。

創新

最近，來自中國和美國休斯頓大學的研究人員發明了一種新型瞬態電子設備，可以通過與大氣中的水分子接觸而溶解。相關論文發表於《Science Advances》期刊。

（圖片來源：休斯頓大學）

技術

在「瞬態電子」領域，一般電子器件需要浸入含水的腐蝕性溶液或者生物體液中才能溶解。論文的領導作者、波士頓大學機械工程系助理教授 Cunjiang Yu 稱，這項研究展示了一種全新的工作機制，由環境濕度引起溶解。他說：

「更重要的是，短暫的時間是可以被精確地控制的。」

這意味著，當生物醫學植入物完成其任務（例如給葯）時，就可按程序消失。另外，對於敏感信息的通信來說，一旦消息投遞完畢後，它可以立即消失。還有，那些我們長期不用亂丟在抽屜內的手機，未來也可以按編程設定的程序溶解。研究人員寫道：

「我們展示了一種聚合物基質，具有新穎的降解動力學和相關的瞬態化學，從而提供了一種構建物理上的瞬態電子器件的可行策略。」

「通過控制聚合物組件和環境濕度，管理水解聚酐類的進程，使得功能器件的溶解動力學可控。」

據研究人員稱，這個時間可以從幾天到幾周，或者更長。

研究人員構造的這個模型的工作方式大致如下：通過加成工藝，功能電子被放置到由聚合物聚酐製成的薄膜上。器件一直保持穩定，直到環境濕度觸發化學分解，無機電子材料和元件才被分解掉。

研究人員測試了一些化合物，包括鋁、銅、鎳銦鎵、氧化鋅、氧化鎂，並開發了各種電子器件，包括電阻、電容、天線、晶體管、二極體、光敏元件等，以展示該模型的多功能性。

Yu稱，這些設備的壽命，可以通過不同的濕度水平來控制，也可以通過改變聚合物成分來控制。

價值

Yu 稱：

「這項研究將帶來一次性的環保個人電子產品，以及可在體內溶解的生物醫學設備。它還可用於安全防衛方面，例如這種設備可以通過程式控制的方式進行溶解，從而保護敏感信息。」

此類瞬態電子器件不僅顛覆了人類對傳統電子器件的認識，而且未來的應用前景非常廣闊，可應用於可降解的醫療植入物、安全電子器件、可消失的感測器等多個領域。

參考資料

【2】張穎, 陸炳衛, 徐航勛, 馮雪. 瞬態電子器件研究最新進展. 中國科學: 物理學 力學 天文學, 2016, 46(4): 044605. http://phys.scichina.com:8083/sciG/CN/10.1360/SSPMA2015-00550

【3】Huang, X., Liu, Y., Hwang, S.-W., Kang, S.-K., Patnaik, D., Cortes, J. F. and Rogers, J. A. (2014), Biodegradable Materials for Multilayer Transient Printed Circuit Boards. Adv. Mater., 26: 7371–7377. doi:10.1002/adma.201403164

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