新方法允许设计出可生物降解和可回收的发光半导体。图片来源：Jie Xu 和 Yukun Wu

从汽车导航显示屏到你正在阅读本文所使用的屏幕，发光聚合物——一类含有发光分子的柔性材料——被广泛应用于当今的各类电子产品中。发光聚合物以其发光能力，再加上其卓越的柔韧性和可拉伸性而脱颖而出，在众多应用领域展现出巨大潜力。

而，一旦这些电子产品达到使用寿命终点，就会被丢弃，堆积在垃圾填埋场或被埋于地下。回收这些电子废弃物十分复杂，需要采用成本高昂且能耗低效的工艺流程。尽管从经济角度而言，回收其中的关键半导体材料（此处即发光聚合物）颇具吸引力，但由于在分子层面设计这些材料面临挑战，目前尚无实现这一目标的方法。

美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）科学家徐洁（Jie Xu）说，“我们在不牺牲材料功能性的前提下，成功使这种材料实现了可生物降解和可回收利用”。

克服这一挑战，正是美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的研究人员与芝加哥大学、普渡大学和耶鲁大学的合作者们，在最新一期《自然·可持续性》（Nature Sustainability）期刊上发表论文背后的驱动力。研究团队开发出一种策略，从一开始就设计出具有高发光效率的发光聚合物，且这些聚合物兼具可生物降解和可回收利用的特性。他们通过将一种名为叔丁酯（tert-butyl ester）的化学物质引入到发光聚合物中来实现这一点，这种化学物质在受热或接触弱酸时会发生分解。简而言之，这种化学物质能够在保持材料高发光性能的同时，实现材料的回收利用。

随后，研究团队使用一种设备测试了该材料的外量子效率，这是衡量光源性能的一个指标。该材料在电致发光测试中取得了令人瞩目的15.1%的成绩，相较于现有的可降解发光聚合物，其发光效率提升了十倍。

当这种新型聚合物达到使用寿命终点时，它可以在温和的酸性条件（接近胃酸pH值）或相对较低的热处理温度（>410°F，即约210°C）下降解。降解后得到的材料可以被分离出来，并重新制成新材料，用于未来的应用。

在使用寿命结束时，这种新型聚合物可以在弱酸性条件（接近胃酸的 pH 值）或相对较低的热处理（> 410 °F）下降解。所得材料可以被分离并重新制成新材料以备将来使用。

这项工作是解决未来电子产品设计中对可持续性的迫切需求的重要基准。该团队的目标是使未来的电子产品更具可持续性（更容易降解或回收），而不仅仅是为当前功能而设计。他们还希望将这些产品的可用性扩展到其他领域。研究人员预测，这种新型聚合物可以应用于显示器和医学成像等现有技术，并实现新的应用。

扩展该技术的下一步包括将其从实验室转移到电子产品上，例如手机和计算机屏幕，并持续进行测试。该团队指出，这只是流程中的第一步，但对于电子垃圾来说，每一步都很重要。Xu希望人们能够更多地关注在设计具有可回收性的情况下设计电子产品，尤其是考虑到这种解聚概念验证非常成功。