《AM》用于印刷电子产品的具有循环生命周期的导电油墨

由于重金属成分的稀有性和毒性，电子废物具有与塑料废物相媲美的能源成本和环境负担。我们推出了用于印刷电路的可回收导电复合材料，由聚己内酯 (PCL)、导电填料和酶/保护剂纳米簇配制而成。印刷电路具有柔韧性（断裂应变 ∼80%）和导电性（∼2.1 × 10 4米/米）。这些复合材料在使用寿命结束时会通过浸入具有可编程延迟的温水中而降解。约 94% 的功能性填料可以回收再利用，具有相似的器件性能。在室温下存放至少 7 个月并在电压下连续运行 1 个月后，印刷电路仍保持功能性和可降解性。目前的研究为可穿戴电子设备、生物传感器和软机器人等应用提供了可回收且易于丢弃的印刷电子产品的复合设计。

相关成果Strong and Tough Conductive Organo-Hydrogels via Freeze-Casting Assisted Solution Substitution发表在材料类顶级期刊Advanced Materials上

图 1. 纳米级分散 RHP/BC-Lipasenp 的导电油墨，其降解性能受 RHPs 分子量的影响。(a) 水中未纯化的酶复合物、RHP/BC-Lipasenp 和 PCL/RHP 的TEM图像 /BC-Lipasenp.(b)不同分子量RHP（68kDa、81kDa和127kDa）的PCL/RHP/BC-Lipasenp降解结果。荧光标记的BC-Lipasenp用于颜色对比。(c) PCL 与纯化的 BC-脂肪酶 (PCL/RHP(68kDa)/BC-Lipasep) 和嵌入 68 kDa 或 127 kDa RHP 的未纯化 BC-脂肪酶 (BC-Lipasenp) 的降解曲线（样本大小 , n = 3)。

图 2.电子垃圾回收。(a)通过酶催化降解回收金属填料的过程。将干铸的 Ag/PCL/RHP/BC-Lipasenpfilm 置于温暖的缓冲液 (37°C) 中。墨水的光学显微镜图像（约 80 wt.% 的 Ag 薄片）和带有荧光标记的 BC-Lipasenp 的墨水的荧光显微镜图像。降解后（约 24 小时），Ag 薄片沉淀并回收以供循环使用。(b) 回收的和购买的 Ag 薄片的 TGA。(c) 具有和不具有酶簇的复合材料与回收的银薄片 (78.9 wt.%) 的电导率比较。

图 3.电压下的退化测试。(a) Ag/PCL/RHP/BC-Lipasenpover 的5V 电位下的酶降解，由温水触发。电路在室温下的环境条件下导电 1 个月或在水下 (20 ̊C)。当通过将水温提高到 37 ̊C 开始降解时，测量的电流随着 PCL 的降解而降低，表明 BC-Lipase 的活性在电势下没有受到损害。从四次独立测量中测量统计值。(b) 退化测试后有和没有 RHP/BC-Lipasenp 的印刷电路的 SEM 图像。(c)Ag/PCL/RHP/BC-Lipasenpandthe热退火薄膜降解后（~24小时）的GPC结果。薄膜随着水温（20、37 和 41°C）的变化而退化。通过积分 GPC 峰估计的质量损失结果表明，降解速率与降解温度成正比。(d)铸态薄膜和退火薄膜的 DSC 结果。热退火过程使结晶度从 49.8% 提高到55.1%，因为 100% 结晶 PCL 的熔化焓为 151.7 J/g。[18](e)在不同温度下（约 24 小时）降解后在水中的薄膜。随着铸态薄膜温度的升高，质量损失增加，而退火薄膜即使在 41°C 下也保持不变。红色圆圈表示分散在水中的银颗粒。

图 4.3D 打印应用。(a) 使用熔融挤出将墨水打印在橡胶、玻璃和树叶上。Ag 薄片和 RHP/BC-Lipasenp 在 PCLmelt（~60 ̊C）中混合，然后将混合物从加热的 (b) 墨水打印在 PCL/RHP/BC-Lipasenpsubstrate 上。印刷电路在使用寿命结束时会在温水中分解。