电子产品世界

电子产品长期以来一直以其永久性为特征。即使使用寿命结束，材料仍会在填埋场中停留多年甚至数十年。瞬态电子设备采用无常性，这些器件被设计成工作一段时间后消失，暴露于水、热或光时溶解为安全的副产物。

电子技术的发展速度比以往任何时候都快，因此老旧电子产品很快就会变得过时或不受欢迎。虽然电子技术的发展有明显的好处，但电子产品的快速更换每年会有数百万设备被送往填埋场。预计到2030年全球电子废弃物将增至8200万吨，研究人员寻求更可持续的替代方案。

瞬态电子技术有助于推动新设备的循环经济，同时推动我们通过新的电子应用提升技术能力。

瞬态电子学背后的材料

瞬态电子学的基础在于材料科学。设计成功的瞬态电子系统需要在可靠性能与受控劣化之间取得平衡。材料类别已有进展，包括半导体、基板和封装材料，这些材料在某些情况下甚至可以弯曲或弯曲成不同的形态。

半导体

二硫化钼（MoS2）、石墨烯和黑磷因其电子和光电子特性而逐渐出现。MoS2具有高载流子迁移率，且可在环境触发条件下降解，因此对瞬态半导体具有吸引力。这些材料在环境条件下较为稀薄，具有优异的电子性能，能够较快降解。对于MoS₂，暴露于紫外线或可见光可促进氧化，加速溶解。

即使是传统的半导体材料如硅，也可以被设计成在超薄层或纳米膜形式制造时溶解。与化学稳定且基本永久的散装硅不同，硅纳米膜在水溶液或生物流体中经历水解，逐渐转化为无害的二酸，这是一种被人体安全吸收或排出的化合物。

拥有这种特性，使得可降解硅不仅具有生物相容性，还完全具备生物吸收能力，从而为医疗植入物和临时传感器的诞生打开了大门，这些传感器不会留下痕迹。

基底与封装材料

聚（乳酸共乙醇酸）（PLGA）和聚前乙内酯（PCL）等聚合物，在生物医学领域因其可预测的水解分解而被广泛认可。通过调整结晶度、分子量或与其他聚合物混合，降解速率可以针对更长的器件寿命进行调整。热量和湿度加速了这一过程，这些是重要的环境因素，同时也是降解设计中的有用工具。

丝蛋白可能是瞬态电子学的另一种重要结构材料。丝纤维蛋白薄膜具有生物相容性，在特定条件下可溶于水，且机械上可调谐。丝蛋白可以作为柔性底物、包裹层，甚至介电体。工艺技术的进步使得通过改变结晶度或退火条件来微调溶解速率成为可能。

瞬态电子学：性能与无常之间的平衡

对于每种材料，这些触发器都可以设计成在特定时间内响应，使瞬态设备能够针对短期或长期应用进行定制。这种灵活性是其承诺的核心，同时也凸显了设计的复杂性。由于这些设备仍在积极开发中，成功取决于在多个且常常相互竞争的因素间谨慎平衡：

• 稳定性与瞬时性的权衡：主要工程挑战是实现高性能运行，包括导电性、机动性和稳定性，同时确保可预测且完全的退化。材料必须在作环境中承受足够长时间以发挥作用，但又不能持续到超出预期用途的时间。对于半导体，这些材料的电特性会用精密工具测试，研究人员可以在降解开始前记录电流-电压行为和载流子迁移率等参数。

• 降解的均匀性：确保设备持续溶解，而非不可预测地碎片化。受控降解依赖于对材料性质和环境参数的微调。对于医疗植入物或环境传感器来说，做好这一点尤为重要，因为剩余材料可能带来生物学或生态问题。

• 多种材料的整合：聚合物、金属和二维材料的不同降解速率会复杂化器件整体性能和寿命可预测性。这可能导致设备在预定寿命前失去功能，或以无控制顺序溶解，使设计可预测的工作窗口变得困难。

• 可扩展性与成本：在工业规模生产瞬态器件同时保持可调性能仍是一个重大难题。迄今为止，许多演示依赖于复杂的制造步骤或尚未优化大规模生产的材料。实现纳米膜均匀厚度、精确控制聚合物结晶度，或可降解金属与二维材料的一致集成，在大规模下既耗时又昂贵。同时，瞬态电子设备必须保持与传统设备的成本竞争力，以鼓励采用。

电子设备不那么永久的可能性

无常提供了永久电子设备无法做到的可能性。在医学领域，可降解植入物已经证明了其价值。可生物降解植入物，如临时起搏器，已被证明能在溶解前为新生儿和心脏缺陷成人提供救命支持，从而消除增加风险的二次手术。

类似的方法也在术后监测和药物递送中被开发，瞬态电子设备可以记录恢复数据或释放治疗后消失，无需干预。

在医疗之外，可降解传感器正在出现，支持可持续农业，提高作物产量，同时使用后无害地堆肥。瞬态传感器在极端或难以到达的环境中，也展现出环境监测和数据收集的潜力，这些地方无法检索数据。

除了新应用外，瞬态电子产品还可以被整合进消费技术中，以应对日益加剧的电子废弃物危机。送往垃圾填埋场的电子产品不会因为材料而坏掉。相反，有些可能会将有毒化学物质渗入环境中。

电子产品回收越来越受欢迎，但电子废弃物的增长速度仍是有记录回收量的5倍，显示出系统无法跟上大量废弃设备的增长。瞬态电子设备为减轻这一负担提供了一种方式，减少了回收基础设施中必须收集、处理和回收的体积。

目前，大多数瞬态设备设计寿命相对较短，限制了它们在消费技术中的作用。为了成为电子废弃物解决方案的一部分，这些电子设备需要更长时间地使用，同时保持精准、可控的劣化。毕竟，没人希望通话中途手机电路消失。

即使面临这一障碍，电子未来的前景也可能完全不同，商业化的瞬态电子设备将彻底重塑我们对技术生命周期的理解。虽然这些设备不会抑制社会对新设备的需求，但通过确保这些产品的物质遗产消失，我们可以大幅降低我们集体对科技痴迷的环境成本。

关键词： 瞬态电子 半导体 基底与封装材料