科学者が閉ループ生物回収可能な誘電体薄膜を開発

林肯 · 发表于 2025-8-10 15:13:05

8月9日、「自然-持続可能性」（Nature Sustainability）によると、中国科学院院院士で中国科学技術大学教授の兪書宏チームは閉ループ生物回収可能なセルロース系誘電体薄膜を開発し、電子デバイスのリサイクル率を高め、電子廃棄物を減らすことができる。

電子廃棄物は驚くべき速度で増加しており、環境と人間の健康に与える悪影響が広く注目されていると紹介されている。電子製品の持続可能な未来を形成するために、リサイクル可能な電子デバイスは、より低い環境足跡のために研究者の興味を集めている。しかし、成分の多様性と構造の複雑性のため、リサイクル可能な電子デバイスは依然として一部のコンポーネントが廃棄され、エネルギー消費が高く、材料の品質が損なわれるなどの問題に直面している。閉ループ回収は、回収過程において材料の品質を損なわないことを特徴とし、環境負担の軽減と循環材料の経済構築に重要である。現在、科学研究者は一部のプラスチックの閉ループ回収にいくつかの成功的な試みを行っているが、これらの方法は化学プロセスに基づいていることが多く、高エネルギー消費や過酷な化学品の使用が必要な問題がある。対照的に、バイオテクノロジーは固有の選択性と温和な作業条件などの利点によって、これらの問題を解決するために潜在的な代替案を提供しています。しかし、閉ループ生物回収可能な材料を設計することは、生物製造、生物分解、および両者の間の互換性に対して高い要求を提出している。

研究チームは開発した「エアロゾル補助生合成」の新興生物製造戦略と特異的な酵素分解過程を結合し、閉環生物回収可能なセルロース基複合誘電体薄膜を設計し、製造した。「エアロゾル補助生合成」法は汎用的で拡張可能な戦略であり、グルコースモノマーと機能構築ユニットをセルロース系機能複合材料に加工することができる。同時に、セルラーゼ加水分解は成熟した技術であり、セルロースを特異的にグルコースに解重合することができ、他の成分に影響を与えない。上記2種類の生物過程は十分に温和で、高温高圧または有毒化学品を使用する必要がなく、「原料-製品-廃棄物」の閉ループ循環を完成することができる。

「エアロゾル補助生合成」法及びこれに基づくサンドイッチ構造設計のおかげで、得られた細菌セルロース/ガラス微小ビーズ複合誘電体薄膜は高引張強度とヤング率、低誘電率、低熱膨張係数、良好な柔軟性及び表面平滑性などの特性を示した。このセルロース系誘電体薄膜の誘電率は、現在報告されている各種有機−無機複合誘電体よりも低い。人工介入下の細菌の自発的な生命活動は独特の高空隙率構造の製造を実現し、密に堆積したガラス微小ビーズの内部及び間の空気は複合材料の性能向上に重要な役割を果たした。研究により、優れた総合性能結合閉環生物回収性を有するため、このセルロース系誘電体薄膜は持続可能な電子デバイス分野で応用可能性が高く、例えばセルロース系誘電体薄膜加工に基づく電子デバイスの信号伝送損失は商用のエポキシ樹脂基板より低い。関連コストとライフサイクル評価分析により、商用誘電体薄膜と比較して、この生物製造セルロース誘電体薄膜のコストはそれに相当するが、人間の健康と自然資源の面で環境への影響を著しく低減することが分かった。

エアロゾルによる生合成と酵素分解を支援する上述の閉ループ生物回収戦略は、次世代の持続可能な電子材料と電子デバイスの開発に指導的意義があることが分かった。

ahjswjq · 发表于 2025-12-30 23:31:20

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