近年来，随着电子技术的快速发展，全球消费电子产品销售额呈现出爆炸式增长的趋势，2019年达到1.032亿美元，每年产生超过5360万吨的电子垃圾。而随之而来的消费电子产品的回收成为一个棘手的问题，在电子产品的回收过程中，有大量的电子产品经过了粗糙和过于简化的处理，比如人工拆解、露天焚烧和酸浸等，因而产生了多氯联苯、多溴联苯、聚氯乙烯、铅、镉和汞等有害物质，造成了严重的环境污染和健康问题。
近日，基于“电子产品环保易回收”的理念，天津大学精密仪器与光电子工程学院生物医学工程系黄显教授团队研发出了一种可用于可溶解消费电子产品引线互连的室温水烧结纳米复合材料，并开发出了世界上第一款可溶解智能手表。
该手表和传统的智能手表一样，具有传感器，可以精确测量心率、血氧水平和步数，并通过蓝牙连接将这些数据传输到手机应用程序；有机发光二极管（OLED）屏幕还可以显示相关手机的日期、时间和消息，以及监测到的佩戴者生命体征等数据。
相关研究论文以“Water-Sintered Transient Nanocomposites Used as Electrical Interconnects for Dissolvable Consumer Electronics”为题，发表在“ACS Applied Materials & Interfaces”上。黄显教授为论文的通讯作者。
对此，黄显教授团队告诉学术头条，他们提出的这种解决方法可以实现电子产品无污染化的快速回收，只需要将废弃的电子产品丢入水中，即可在几天之内降解，其中的芯片等元器件仍然可以回收使用，既没有污染又能增加电子元器件的利用率。
事实上，我们看到的世界上第一款可溶解智能手表，是一种瞬态电子器件。
2012年，John Rogers等人在权威学术期刊Science上发表的“A Physically Transient Form of Silicon Electronics”论文中，首次提出了“瞬态电子器件”这一全新概念。瞬态电子器件是指，当电子功能器件在实现指定功能或完成某项任务后，其物理形态和功能可以在外界刺激触发下，发生部分自毁消失或者完全自毁消失的一种电子器件。
为解决这一问题，黄显教授团队通过向油墨中引入酸酐，实现了油墨在室温下的水烧结，这一突破大大降低了烧结成本。具体而言，他们利用酸酐遇水产生弱酸的特性，结合局部电化学腐蚀以及饱和金属离子再沉积的效应实现了银锌纳米复合材料在室温环境下的温和烧结，烧结后的瞬态电子可溶性材料保持了与常规银导电材料相当的导电特性。
至此，第一款瞬态消费电子产品“可溶解电子手表”就成功问世了。对于上述制备智能手表的材料，黄显教授团队表示：“大多数可生物可解电子设备都是使用互补的金属-氧化物-半导体（CMOS）工艺制造的，这些工艺非常耗时，需要许多特殊工艺。相比之下，用这些纳米复合材料制造的设备可以通过印刷获得大规模生产，成本和能量要低得多，产量也要高得多，这表明它们很容易被纳入现有的电路生产线。”
在此次研究中，当这款智能手表被完全浸入水中时，其外壳和电路会在40小时内完全溶解，而遗留下来的仅是手表的组件，比如OLED屏幕和微控制器，以及电阻器和电容器。换言之，这种废弃的电子设备将不需要通过手工拆解、化学腐蚀等方法回收，只需要将废弃的电子产品丢入水中，即可在几天之内降解，其中的芯片等元器件仍然可以回收使用，既没有污染又增加了电子元器件的利用率。
此外，黄显教授团队还通过对这种电子设备材料开展细胞毒性实验，证明了该材料具有良好的生物相容性，并显示出比其他可生物降解水墨更好的机电性能，这就意味着它们可以溶解在体内。黄显教授团队表示，“它们可能导致可打印和植入设备在完成功能后可能消失在人体中。”也就是说，这种电子设备有望进一步用于植入器件和生物医学应用。
当前，黄显教授团队正与国内高校开展学术上的相关合作，比如在新的可溶性基底的材料、可溶性基底的改造、各类可溶性油墨的机理等方面。此外，黄显教授团向学术头条透露，他们近期正在利用油墨和烧结技术制备各种生物医学器件，包括辅助创伤愈合和进行植入式电化学测量的器件。未来3-5年主要是进一步完善可用于生物可吸收和可降解器件印刷的材料和处理技术，提高印刷精度和可以制备的器件的种类，最终实现全部可溶解的复杂系统。