Thiết bị điện tử đang dần biến mất: Thiết bị điện tử sợi sinh học phân hủy mang đến giải pháp cho rác thải điện tử và ô nhiễm dệt may
bởi Đại học Quốc gia Seoul
Ảnh chụp tay áo điện tử phân hủy sinh học. Tay áo điện tử phân hủy sinh học bao gồm cuộn dây không dây, điện cực, cảm biến nhiệt độ và biểu tượng sinh thái. Nguồn: npj Flexible Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41528-025-00448-x
Thế giới thải ra hơn 92 triệu tấn rác thải dệt may hàng năm, phần lớn được làm từ vật liệu tổng hợp có thể tồn tại trong nhiều thế kỷ. Thêm vào đó là sự gia tăng đột biến của các thiết bị điện tử đeo được - đồng hồ thông minh, máy theo dõi sức khỏe, quần áo gắn cảm biến - và vấn đề trở nên phức tạp gấp đôi.
Những sản phẩm dệt may điện tử này không chỉ bao gồm vải mà còn có dây kim loại, đế nhựa, chất kết dính và mạch điện gần như không thể tái chế. Khi các thiết bị điện tử ngày càng trở nên gần gũi, dễ đeo và dễ dùng một lần, câu hỏi trở nên cấp thiết: làm thế nào để chúng ta thiết kế chúng để biến mất khi không còn cần thiết?
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Seoul đã có một bước tiến đáng kể trong việc trả lời câu hỏi đó.
Dẫn đầu bởi Giáo sư Seung-Kyun Kang và Tiến sĩ Jae-Young Bae, nhóm đã phát triển một loại sợi dẫn điện hiệu suất cao, có thể phân hủy sinh học hoàn toàn, có thể tích hợp liền mạch vào các thiết bị điện tử đeo được và phân hủy tự nhiên sau khi sử dụng. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí npj Flexible Electronics.
Không giống như các loại vải điện tử thông thường tồn tại trong các bãi chôn lấp, hệ thống sợi mới này vẫn duy trì hiệu suất trong quá trình sử dụng nhưng biến mất trong môi trường giàu enzyme hoặc đất, không để lại dư lượng độc hại.
Sự đổi mới của nhóm nằm ở việc kết hợp các vi hạt vonfram với một loại polymer phân hủy sinh học được gọi là poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) để tạo thành sợi dẫn điện. Lõi này được phủ một lớp polyanhydride (PBTPA) linh hoạt, chống nước, giúp tăng cường độ ổn định cơ học mà không ảnh hưởng đến khả năng phân hủy sinh học.
Điện cực sợi phân hủy sinh học được sản xuất hàng loạt. Nguồn: npj Flexible Electronics
Sợi đạt độ dẫn điện ấn tượng khoảng 2.500 S/m, độ giãn dài lên đến 38% mà không bị hỏng và chịu được hơn 20 chu kỳ giặt và 5.000 lần uốn cong - các chỉ số hiệu suất tương đương hoặc tốt hơn nhiều giải pháp dệt may điện tử hiện có.
Điều quan trọng là sợi tương thích với phương pháp kéo sợi ướt bằng tia khô, một quy trình có thể mở rộng cho phép nhóm nghiên cứu sản xuất sợi có chiều dài hơn 10 mét trong một lần chạy liên tục.
Để xác thực khả năng ứng dụng thực tế của nó, sợi đã được tích hợp vào một ống thông minh đeo được có cảm biến nhiệt độ, điện cực điện cơ đồ (EMG) và cuộn dây nguồn không dây. Thiết bị hoạt động đáng tin cậy trong điều kiện chuyển động mạnh và áp lực môi trường.
Sau khi sử dụng, toàn bộ hệ thống—bao gồm cả biểu tượng sinh thái thêu—bắt đầu phân hủy khi tiếp xúc với đất hoặc enzyme, và phân hủy hoàn toàn trong vòng vài tháng.
"Đây không chỉ là một vật liệu mới—mà còn là một nền tảng cho các thiết bị điện tử bền vững", Giáo sư Kang cho biết. "Chúng tôi đã chứng minh rằng bạn có thể sở hữu những thiết bị đeo được có chức năng cao mà không trở thành rác thải điện tử sau khi hết vòng đời sử dụng."
Sự phân hủy của biểu tượng sinh thái làm từ sợi phân hủy sinh học. Nguồn: npj Flexible Electronics
Tiến sĩ Bae cho biết thêm: "Khả năng thiết kế các thiết bị điện tử phù hợp với vòng đời của ứng dụng—và sau đó biến mất một cách nhẹ nhàng—mở ra những khả năng mới trong các miếng dán y tế, đồng phục thông minh, cảm biến môi trường, v.v. Chúng tôi đặc biệt hào hứng với tiềm năng sử dụng trong các hệ thống chăm sóc sức khỏe dùng một lần mà không gây ô nhiễm lâu dài."
Nghiên cứu này thể hiện sự kết hợp hiếm có giữa khả năng phân hủy sinh học, hiệu suất cơ học và khả năng sản xuất hàng loạt. Nhìn về tương lai, nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu mở rộng nền tảng để tích hợp các thành phần logic và bộ nhớ dạng sợi, hướng tới các hệ thống điện tử tạm thời, tích hợp hoàn toàn.
Họ cũng đang khám phá các cơ chế phân hủy "có thể kích hoạt" phản ứng với ánh sáng, nhiệt độ hoặc độ pH - cho phép thiết bị có thể lập trình tuổi thọ.
Thông tin thêm: Yong-Wu Kim và cộng sự, Sợi dẫn điện hoàn toàn phân hủy sinh học và có thể sản xuất hàng loạt dựa trên vật liệu composite vonfram-poly(butylene adipate-co-terephthalate), npj Flexible Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41528-025-00448-x
Thông tin tạp chí: npj Flexible Electronics
