电子垃圾合成新材料 钢的表面硬度可提升125%

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尽管回收起来很困难,但就目前的情形来看,电子垃圾不得不回收。首先,电子垃圾的数量越来越多——联合国最近的一项研究发现,2016 年,人类在全球范围内产生了 4470 万吨的电子垃圾;到 2021 年,这一数字将增长到 5220 万吨。而且,许多稀有材料都存在在电子垃圾中,这些都是宝贵的资源。

我们已经形成了一种一次性的心态,也就是说,当我们使用某种东西直到它损坏,我们想的不是维修而是直接抛弃。就不在需要它,或不再需要或不再想要它,然后我们将其摆脱”,他进一步解释说, “如果我们拥有无限的资源和无限的处置空间,这样的处理方式当然没有问题,但重点是,事实并非如此。

Veena Sahajwalla 与他人联合创办了澳大利亚悉尼新南威尔士大学可持续材料研究与技术中心。

先前的研究表明,通过加热可以选择性地打破和改造电子垃圾中不同材料之间的联系,从而形成新的环保材料。例如,电子垃圾中的玻璃可用于有价值的硅质陶瓷,而塑料零件,则是很好的碳源。

Veena Sahajwalla 强调,这些废料中有很多有价值的元素可以转化为全新产品,这非常令人兴奋,举一个例子,在一些电子垃圾中,如印刷电路板,含有 10% 至 20% 的铜,而铜矿最多仅含有 3%。

在这项新研究中,研究人员深入调查探究了铜和二氧化硅化合物的性质,这些化合物通常存在于破旧的印刷电路板和计算机显示器中。研究人员猜测,从电子垃圾中提取这些物质后,可以将它们结合在一起,形成一种耐用的新型混合材料,这可能可以保护金属表面免受腐蚀和磨损。

在具体的实验时,研究人员首先将旧计算机显示器屏幕和外壳上的塑料粉末加热到 1500 摄氏度,产生直径 10 至 50 纳米(十亿分之一米)的碳化硅线。接下来,他们将这种物质与从电路板上回收的铜结合在一起,将混合物置于钢表面,然后加热至 1000 摄氏度。这一步骤使铜熔化,从而在钢顶上形成了 1 微米厚的薄膜。而且,研究人员还强调,该宽度的范围可以从微米级调整到纳米级。

换句话说,不同元素的结构结合创造了优于各自母材的新性能。例如,金属材质的韧性好,但硬度差;相反,陶瓷的硬度高,但非常“脆”。在了解了原材料的特性之后,通过设定不同的温度,巧妙地将这两种材料结合在一起,不仅可以回收利用有价值的材料,还可以创建一种具有陶瓷般硬度和金属般韧性的全新混合材料。而且,这些材料完全可以从电子垃圾中收集,防止这些宝贵的资源被埋入垃圾场。

研究人员发现,在这种微米级厚的新型物质加持下,钢的表面硬度被提高了 125%。另外,显微镜图像显示,当这种材料被敲击时,杂化层与钢保持牢固的结合,并不会轻易破裂或剥落。

很长一段时间以来,人类一直依靠采矿来获取所需的金属原材料,但同时,大量带有稀有金属的电子垃圾都被遗弃在废物填埋场。因此,垃圾场可能会成为我们未来“开采”资源的好地方。