绿色环保的物联网传感器：由3D打印技术制造！
导读
近日，加拿大西蒙弗雷泽大学以及瑞士的研究人员们正在开发一种环境友好、可3D打印的解决方案，用于制造物联网（IoT）无线传感器。这些传感器的使用以及废弃处理，都不会污染环境。
背景
如今，人类越来越重视环境保护与可持续发展。可是，废弃的电子产品已成为世界上增速最快的垃圾。电子垃圾中含有对人体和环境有害的物质，它们包括有毒化学物质和重金属，例如汞、砷、铬、铅、铬、钡、铍、磷化物等。这些电子垃圾难以利用可持续发展的方式处置，需要昂贵的加工技术才能进行回收。
（图片来源：路透社）
为了应对电子垃圾所带来的严峻挑战，科学家们不仅在创新垃圾处理技术，也在从源头上反思电子产品的组成材料。通常来说，电子元件所用的材料都是不可降解的，也没有生物相容性，含有大量对环境有害的物质。为此，科学家们正在积极研发一些可降解、环境友好的电子产品，例如：
图片展示了一个近场通信线圈（瞬态电子器件）以及它遇水后在树叶上快速溶解的过程。（图片来源：参考资料【3】）
可降解的纸基生物燃料电池（图片来源：宾汉姆顿大学）
可生物降解的微型温度传感器（图片来源：ETH Zurich）
生物可降解的血流传感器（图片来源：Levent Beker）
可降解的新型电子器件（图片来源：斯坦福大学/Bao lab）
创新
近日，加拿大西蒙弗雷泽大学（SFU）以及瑞士的研究人员们正在开发一种环境友好、可3D打印的解决方案，用于制造物联网（IoT）无线传感器。这些传感器的使用以及废弃处理，都不会污染环境。他们的研究已经作为封面文章发表在《先进电子材料（Advanced Electronic Materials）》杂志的二月刊上。
（图片来源：《先进电子材料》期刊封面）
技术
西蒙弗雷泽大学教授 Woo Soo Kim 领导团队展开的探索包括使用木材衍生的纤维素材料，取代目前电子产品中使用的塑料以及聚合物材料。
（图片来源：SFU）
此外，3D打印可以灵活地将功能添加或嵌入到3D物体或织物中，创造出更强大的功能。
（图片来源：SFU）
西蒙弗雷泽大学萨里校区机电系统工程学院教授 Kim 表示：“我们的环境友好、3D打印的纤维素传感器，在使用期间能够无线传输数据，废弃之后也不会污染环境。”这项研究是在萨里校区的 PowerTech 实验室开展的，该实验室具有几台可供研究人员们使用的最先进的3D打印机。
“这项开发工作有助于推进绿色电子。举例来说，来自印刷电路板（PCB）的垃圾是有害的环境污染源。如果我们能将PCB中的塑料转变为纤维素复合材料，那么电路板上的金属元件就能以一种更简单的方式回收再利用。”
Kim 的研究计划跨越了两个国际合作项目，包括最近与来自瑞士联邦材料科学实验室的合作伙伴们一同关注的基于环境友好的纤维素材料的化学传感器。
此外，他还与来自大邱庆北科学技术院（DGIST）的机器人工程系以及技术公司 PROTEM Co Inc 的韩国研究团队展开合作，开发可印刷的导电油墨材料。
在第二个项目中，研究人员们在压花工艺技术方面取得了一项新突破，这项技术突破使得研究人员们可在聚合物基底（电子产品的一个必要组成部分）上自由地压印精细的电路图案。
压花技术，用于以较低的单位成本大量压印精细的图案。然而，Kim 表示，它只能压印提前压印在图章上的电路图案，整个昂贵的图章必须经过改变从而印上不同的图案。
该团队成功地开发出一种精准的位置控制系统，它可以直接地压印图案，从而带来了一项新的工艺技术。它对于半导体工艺、可穿戴设备和显示器工业都会产生广泛的影响。
价值
这项研究不仅带来了新的电子制造技术以及环境友好的新型电子器件，也有望带来更多的应用，例如生物医疗、环境检测等。
关键字
参考资料
【1】https://www.sfu.ca/sfunews/stories/2019/02/collaboration-sparks-sustainable-electronics-manufacturing-break.html
【2】Taeil Kim, Chao Bao, Michael Hausmann, Gilberto Siqueira, Tanja Zimmermann, Woo Soo Kim. Electrochemical Sensors: 3D Printed Disposable Wireless Ion Sensors with Biocompatible Cellulose Composites (Adv. Electron. Mater. 2/2019). Advanced Electronic Materials, 2019; 5 (2): 1970007 DOI: 10.1002/aelm.201970007
【3】Huang, X., Liu, Y., Hwang, S.-W., Kang, S.-K., Patnaik, D., Cortes, J. F. and Rogers, J. A. (2014), Biodegradable Materials for Multilayer Transient Printed Circuit Boards. Adv. Mater., 26: 7371–7377. doi:10.1002/adma.201403164
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