世界首款可溶解智能手表，沉浸水中可40小时内完全“消失”

随着技术的发展，人们在生活中越来越多地使用智能手表，其智能检测健康指数、危机报警等功能极大地为人们生活提供便利。

几十年来，随着电子产品的更新迭代，缩短了产品研发的时间，但是这也加速了其产品的使用量呈爆炸式增长。

当智能手表完成“使命”时，这些电子垃圾该如何处理？尤其是智能手表和健身追踪器等小型电子设备，拆卸它们费时费力，而且目前尚未开发出生产大规模、高性能瞬态消费电子产品的方法，这也给回收增加了不少难度。
图丨世界首款可溶解手表（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

近日，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为电子垃圾的回收提供了一种可行性方案，他们研发了一种可溶解的智能手表，不仅有智能手表的功能，还很好地解决了电子垃圾回收的问题。

“这一发现展示了生产可轻松地回收的高性能电子电路的技术。”黄显说。
图丨相关论文（ACS Applied Materials & Interfaces）

7 月 5 日，相关论文以《水烧结瞬态纳米复合材料用作可溶解消费电子产品的电气互连》（Water-Sintered Transient Nanocomposites Used as Electrical Interconnects for Dissolvable Consumer Electronics）为题发表在 ACS Applied Materials & Interfaces。

这款智能手表之所以可溶解，是因为研究人员发现了一种锌基纳米复合材料。这种材料可溶解在水中，能用于临时电路。然而，如果将它用在消费电子产品，它的导电性还不够强。
图丨智能手表溶解过程的图像（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

在不需要额外的能源和严格的环境条件下，研究人员通过添加银纳米线改进了锌基纳米复合材料，从而提高了这种材料的导电性。接下来，他们将金属溶液打印到可在水中降解的聚合物碎片上。

最后，他们通过施加支持化学反应的小水滴将电路烧结在一起，随后，像“变魔术”一样，这种材料慢慢溶解至消失。

研究人员通过这种可行的方法，在可水降解聚合物外壳里，创建了附带多个纳米复合印刷电路板的智能手表。

该团队表示，“该设备具有传感器，可以准确测量心率、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，就像传统的智能手表一样。”其有机发光二极管（OLED）屏幕还可以显示日期、时间和来自链接手机的消息等数据，以及智能手表使用者的生命迹象。


图 | 智能手表在遇水后，仍能继续工作而不会出现故障（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

在正常使用条件下，该智能手表的外观可以防汗，而一旦将它完全浸入水中，其外壳和电路在 40 小时内就会完全溶解，剩下则是 OLED 屏幕和微控制器，以及以前集成到电路中的电阻器和电容器等手表的组件。

该研究中，在两种具有不同活性的金属间电偶腐蚀和再沉积的共同作用下，使新型纳米复合材料和瞬态电子学的处理技术得以完美结合。

该团队创建实用瞬态电子器件的一项挑战是，优化其封装材料的特性以匹配电路的退化率。黄显指出，“引入额外的封装材料并不是什么大问题，因为可穿戴和便携式电子产品无论如何都需要进行封装以提高其可靠性。”
图丨A.智能手表的概念和演示，双金属瞬态纳米复合材料的可溶性智能手表和水烧结示意图；B.基于双金属瞬态纳米复合材料的全印刷瞬态智能手表图像；C.多组瞬态印刷电路板包含不同的组件；D.手腕上的智能手表图像（来源：ACS Applied Materials & Interfaces）

研究人员表示，“新的复合材料是可生物吸收的，这意味着它们可以溶解在体内，并且比其他生物可吸收材料显示出更好的电气和机械性能。因此，它们可能会导致可打印和可植入的设备在完成其功能后会消失在人体内。”

“大多数生物可吸收电子设备是使用互补金属氧化物半导体 (CMOS) 工艺制造的，这非常耗时，需要许多特殊工艺。相比之下，用这些纳米复合材料制成的设备可以通过印刷批量生产，成本和能源要低得多，产量和产量要高得多，这表明它们可以很容易地融入现有的电路生产线中。”黄显说。

下一步，该团队计划使用他们的纳米复合材料制造更多种类的瞬态器件。黄显表示，“我希望越来越多的电子公司可以将这些技术用于他们的产品，以帮助他们降低制造和回收成本。”

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