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電子和先進(jìn)技術(shù)的5大綠色材料

已有17634次閱讀2022-05-25標(biāo)簽:
 
綠色材料有多種形式。它們的范圍從可降解的電路板和有機(jī)電子產(chǎn)品到無限可回收和可重復(fù)使用的金屬。有機(jī)和無機(jī)材料都可以被認(rèn)為是綠色的,這取決于材料的類型和應(yīng)用方式。

在無機(jī)方面,鋁因其可回收性和超長的使用壽命而被認(rèn)為是“綠色金屬”。硼硅酸鹽玻璃和石墨烯是電子產(chǎn)品中使用的環(huán)保、非生物材料的其它例子。至于有機(jī)材料,絲綢因其可生物降解性、生物相容性和廣泛的潛在用途而成為一種很好的綠色材料。樹脂、樹膠、糖類、纖維素、明膠和肽都是可生物降解的,它們在傳感器、信號傳感器、瞬態(tài)、可植入和可消化電子設(shè)備等應(yīng)用中變得越來越流行。

用于“綠色”電子產(chǎn)品的5大綠色材料包括:

鋁-(電解電容器、電子器件):鋁被稱為“綠色金屬”和“最好的生態(tài)金屬”,這是因?yàn)殇X的壽命幾乎是無限的。它可以反復(fù)回收利用,不會(huì)損失任何質(zhì)量。每公噸再生鋁可減少9噸二氧化碳排放,并避免從地下開采新的原材料–原材料開采和生產(chǎn)鋁是一個(gè)昂貴且漫長的過程。相比之下,回收鋁罐可以在短短六周內(nèi)加工并返回貨架。除了優(yōu)異的可回收性之外,鋁質(zhì)輕巧且強(qiáng)度令人難以置信。實(shí)際上,鋁的平均密度在2.6到2.8g/cm³之間,而純鋁的抗拉強(qiáng)度在90MPa左右,在某些合金中可以增加到690MPa以上。強(qiáng)度對于電子產(chǎn)品的使用很重要,但鋁的耐腐蝕性可以說是更有價(jià)值的特性。純鋁的電導(dǎo)率也約為3800萬S/m,鋁合金的電導(dǎo)率可能較低,但很少像鐵或鋼那樣低。

硼硅酸鹽玻璃-(電子管,光電):這種材料由相同的四種普通玻璃成分制成,但比例不同。因此,它對環(huán)境并不比普通的鈉鈣玻璃更糟糕,同時(shí)提供一些好處。硼硅酸鹽玻璃更堅(jiān)固,有可能用于更多應(yīng)用,特別是在電子產(chǎn)品中。它的強(qiáng)度、耐用性和抗溫度變化性減少了更換,因此減少了浪費(fèi)。在某些情況下,玻璃也是比塑料更好的環(huán)保替代品。每當(dāng)玻璃可以在電子產(chǎn)品中取代塑料,而不會(huì)損失性能時(shí),最終產(chǎn)品將具有更多的“綠色”價(jià)值。


鐵合金-(電子管、晶體管):鐵與其說是一種“綠色”材料,不如說是一種“黃色”材料,因?yàn)樗灰欢▽Νh(huán)境有益或有害。鐵礦石是地殼中第四豐富的元素。如果以純凈形式丟棄,鐵不會(huì)帶來任何明顯的環(huán)境挑戰(zhàn)。鐵合金不是純鐵——其中一些,如鋼,是用碳制成的,這也不會(huì)產(chǎn)生任何毒性問題。將鐵合金列入此列表的主要原因是其可回收特性。電子產(chǎn)品回收特性是至關(guān)重要的,尤其對于避免環(huán)境惡化方面—需要回收鐵來減輕與采礦和生產(chǎn)金屬相關(guān)的環(huán)境影響,而這些新金屬將被重復(fù)使用。與其他重金屬相比,鐵是最環(huán)保金屬。


石墨烯-(顯示設(shè)備、印刷電路、晶體管):比金剛石更硬、比橡膠更有彈性、比鋼更堅(jiān)韌、比鋁更輕。石墨烯只有一個(gè)原子厚度,二維且非常有用。它完全由排列成六邊形晶格的碳原子組成,就像蜂窩一樣。石墨烯的特性:
 

① 比硅快100倍的高電子遷移率;

② 導(dǎo)熱性比金剛石好2倍;

③ 導(dǎo)電性比銅好13倍;

④ 僅吸收2.3%的反射光。

石墨烯可用于無數(shù)電子應(yīng)用,從速度更快的晶體管和可彎曲手機(jī)到改進(jìn)的觸摸屏和計(jì)算機(jī)先進(jìn)電路。鑒于它是由地球上最豐富的元素之一構(gòu)成的,而這恰好也是所有已知生命賴以生存的元素,所以它本質(zhì)上是環(huán)保的。然而,真正的問題在于它的生產(chǎn)方式:如果它是使用溶劑和化學(xué)品制造的,它會(huì)由于上游生產(chǎn)的毒性而失去其“綠色”地位。但是,如果它是使用物理過程制成的,并且不會(huì)向周圍環(huán)境排放相關(guān)的化學(xué)物質(zhì),那么它就不辜負(fù)它被稱為神奇材料的聲譽(yù)。

生物材料-隨著電子產(chǎn)品變得更加可穿戴、可拉伸并與有機(jī)物質(zhì)集成,生物材料變得越來越有用。絲綢在生物傳感器和植入式熱電無線開關(guān)應(yīng)用中特別有用。比如:佛羅里達(dá)州立大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)將絲綢放入真空室并涂上金,創(chuàng)造出一種混合纖維,其寬度僅為人類頭發(fā)的4%。由金或其他金屬制成的標(biāo)準(zhǔn)電線沒有足夠的彈性,隨著溫度的變化,它們往往會(huì)失去與柔軟的有機(jī)晶體的接觸。鍍金的絲綢改變了這一點(diǎn),結(jié)合了金的導(dǎo)電性和絲綢的柔韌性。

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