编者按：

在科技迅猛发展的当下，从高精尖设备的研发，到对深海、外太空等极端环境的大胆探索，每一项革新与突破的背后，都离不开新型先进材料的支撑！“逆天改命”新材料系列文章将聚焦那些材料中的“叛逆者”。它们借助科学家们的巧妙设计以及前沿技术的加持，彻底改写了自身的一些固有特性，从而打破命运的枷锁，以全新的姿态，肩负起推动人类文明迈向未来的重任！

我们如今的智能生活，离不开手机、电脑等各类电子产品，而电路板则可以被认为是它们的“骨架”。

但你觉得电路板算是皮实还是脆弱呢？传统电路板的基底材料坚固、耐热又耐腐蚀。可是其一旦破损，就基本无法复原！

它们既不能像人类皮肤那样自愈，也不能像蜡烛、多数塑料玩具那样，通过加热来重塑。而等到其最终被淘汰、废弃后，回收工作同样极难开展！

很多时候，电路板只是破损了一个孔、裂开了一道缝，人们却不得不将它整个替换。并且这种等待替换件的过程，还可能耽误生活、生产，以及科研探索。

好在最近，来自美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）的科研团队研发出了一种“能自我修复的电路板”。这种“非主流”的新材料，一改传统电路板热固性的传统，竟然在高温下表现出热塑性！

这意味着，在其开裂后，你只需要把它拿去加热“烤一烤”（需严格控温）就能恢复其形状与性能，同时这种材料还可被重新塑形，多次利用，废弃后也更易回收。

热固性的电路板正造成大问题

你知道什么是热固性材料吗？顾名思义，它的特点是：一旦定型，就会像熟鸡蛋一样，再不能改变形态，也无法回到之前的状态！传统电路板大多使用这类热固性材料，如环氧树脂等制成。

这种材料最大的特点就是“固执”。除了在损坏后难以修复外，一旦新款电子产品的外壳形状或内部结构发生改变，即便只做了局部的修改，也需要重新制作配套的电路板，而无法通过加热等手段重新塑形旧电路板。

更麻烦的是回收。你或许看过那些从电路板中炼出金块的网络视频。但你知道吗？其实要把电路板中有价值的金属，如金、银、铜等提炼出来，可并不容易！这个过程往往涉及：人工分拣、物理破碎以及化学分离！费时、费钱还污染环境！

即便能分离出一些有价值的金属，剩下的大量不可回收的基底材料，往往也只得被送进垃圾填埋场。联合国曾在2024年的报告里警告：过去的12年里，全球电子垃圾的总质量已经从340亿公斤飙升至620亿公斤，几乎翻倍。

如今随着科技水平的飞速提升，我们换新手机和电脑的频率也越来越高。根据行业数据测算，在2020年至2025年间，我国废弃的手机总量，或将达到60亿部，可以堆成一座山！

所以，千万别忘了，每当你喜提新机时，那些被抛下的旧设备都可能对自然环境造成一次打击！

皮实耐用，还能自愈的新材料

针对现有材料的问题，研究人员着手研发出一种新型材料，它被称为vitrimer（可译为类玻璃高分子材料，但其在高温下具有热塑性）。

室温下，这种材料可以像传统热固性电路板那样保持坚硬，而在更高的温度，这种材料将拥有一定的弹性和可塑性。

为了进一步提升新材料的性能，科学家们又向其中加入了液态金属微滴，这是一种由镓（Ga）和铟（In）组成的合金（EGaIn，质量分数约为75%镓、25%铟）。

由于与聚合物材料存在密度差，在混合后的固化过程中，金属会下沉，并在底部富集，从而形成类似印刷电路板的天然分层结构，为后续的电路印刷工序提供理想基础。

经过测试，研究人员发现，这种先进材料间的“强强联手”让成品电路板实现了两个方面的性能提升。

首先电路板的强度更高了。测试表明，只需要在vitrimer中加入不到5%的液态金属，电路板的韧性就几乎翻了一倍。

而在170°C~200°C的温度下，当研究人员施加外力让电路板变形。他们发现，材料竟然能够逐渐“松弛”回原状。传统的电路板弯了就是弯了，可没有这种自愈的能力。

其次，这种由金属微滴和vitrimer聚合物所组成的电路板还能在受损后，迅速恢复导电能力！这是怎么实现的呢？

原来，当电路板遭受严重的机械损伤，比如导电线路被穿孔切断时，由于机械破坏会在切口附近造成应力集中，这种破坏行为本身也就相当于进行了一次“压印”操作，正好可以让缺口附近的液态金属微滴流动、汇聚并形成新的导电通路。如此，尽管缺口还在，电流却可以绕过断点，恢复电路的正常工作！

如果要改变这种电路板的形状，或是在它破损后，恢复其原本面貌，则只需要将其加热到相应的温度就可以。对于部分微小的切口或裂纹，甚至仅利用电路正常工作时所自然产生的焦耳热就能使其复原。

新材料在这方面就如同是蜡或其他热塑性的塑料一般，可以根据需要灵活改形。而在自愈能力上，它就像是奇幻故事里的“金刚狼”一样，即使受伤了，也有办法轻松复原，而且不损失性能。

作为对比，传统的电路板只要产生裂痕，往往就歇菜了——其电路会很容易被切断，并可能导致部分甚至全部功能的丧失。哪怕能修，也是大工程，而一般的处理方法，都是直接将电路板整体替换掉。

性能与环保的双赢

这种新型可自愈的电路板材料如果能被投入使用，将可以为我们的生活、生产提升效率，也能在关键时刻为人们开展科研探索、抢险救灾等提供重要保障。

在各类电子产品的研发中，原型机局部的调整将可以通过为电路板重新塑形来灵活适应，如此可以减少对材料的不必要浪费，也能缩短研发周期。而对于用户而言，由于电路板可修复，也可以减少因为某型号的电路板停产，而报废整件电器的情况。

至于特种领域方面的应用，如对于航空航天、科研探索、抢险救灾和军事等场景，使用上这种新材料，或许可以在关键时刻为身处险境的人员保留一根“救命稻草”！

极端环境对电路造成的损伤将不再像现在这般不可逆。相关人员也不必再被动地等待替换件电路板的到来，而是可以根据情况和需要，自主对受损的设备进行简单、有效的修复。从而保障相关任务的顺利开展。

最后，通过对这种新材料持续改进，未来或可以将其应用到可穿戴设备、智能衣物等涉及柔性电子技术的领域。虽然目前的新材料在常温下比较硬，但由于它的结构特殊，或可以通过削薄或复合来实现更多功能的拓展，从而支持起未来各种柔性电子产物的诞生与应用。

当然，任何一项新技术从诞生到投入应用都需要大量的验证与优化，研究人员也坦言，针对这种新电路板，目前仍存在一些需要解决的问题。比如它目前使用的液体合金较为稀有和昂贵，研究人员需要寻找更廉价的替代品来实现商业化生产。

然而，这种新式电路板其实给我们提供了一个很重要的思路：随着人类科技水平的不断提升，或许我们不该只追求让各类电子产品变得更快、更薄、更智能，同时也该去考虑如何让它们更耐用、更可依赖、更对生态环境“负责任”。

未来的电路板乃至电器，或许将不再遵循现有的这种“设计-生产-使用-报废”的使用逻辑，而是将具备“持续生命力”，不但能够在受损后自我修复，还可以通过一些局部的改造来不断迭代，以适配人类文明不断提升的科技水平。而当它们最终报废，我们也会用更环保的方式来将其回收和重新利用，为下一代留下一个更清洁、美丽的地球。

作者：宋世超

策划：刘颖 张超 李培元 杨柳

审核专家：徐驰 北京师范大学物理与天文学院 副教授

来源: 蝌蚪五线谱