2025年10月17日，美国杜克大学的科研人员在《自然·电子学》（Nature Electronics）杂志发表了一项研究成果，在亚微米尺度上通过打印技术制造出功能完备的晶体管。这些碳基晶体管不仅性能媲美行业标准，更具备完全可回收的特性。这一突破有望对市值超过1500亿美元的电子显示器行业产生深远影响，为电子制造业的可持续发展开辟了新路径。
与传统制造方法相比，这种新技术显示出显著的环保优势。当前，电子显示器制造业主要集中在韩国和中国，其生产过程依赖真空处理，需要巨大能量并排放大量温室气体。联合国机构发布的《全球电子垃圾监测》报告显示，2022年全球电子垃圾的产生量相比2010年增长了82%，达到6200万吨，仅22.3%的电子垃圾被妥善收集并回收利用。杜克大学的亚伦·富兰克林（Aaron Franklin）教授指出，他们的打印工艺不仅完全可回收，而且比传统碳基薄膜晶体管（TFT）制造方法更节能，温室气体排放也更少。
早在2021年，杜克大学研究团队就已开发出全球首款可完全回收的打印电子产品。但当时使用的气溶胶喷射打印技术无法形成小于10微米的图案，限制了其在消费电子领域的应用潜力。富兰克林教授说：“如果我们想在全球竞争对手主导的领域大力发展美国制造业，我们需要变革性技术”。如今，亚微米级印刷的实现突破了这一瓶颈。
杜克大学研究团队与Hummink Technologies公司合作，利用其高精度毛细管打印技术，通过表面张力效应从微型移液管中精准抽取微量打印油墨。研究人员使用了三种碳基墨水，这些墨水由碳纳米管、石墨烯和纳米纤维素制成，能够轻松地打印在玻璃、硅等刚性基底或纸张等柔性基底以及其他环保表面。这些墨水本质上与富兰克林之前研究中展示的墨水相同，只是对流体特性进行了调整，使其能够与Hummink打印机配合使用。
在演示中，研究人员展示了这种新型墨水和硬件的组合，成功打印出数十微米长的图案，并形成整齐一致的亚微米级间隙。这些小而均匀形成的间隙构成了碳基薄膜晶体管的沟道长度，沟道尺寸越小，其电性能就越强。而正是这类晶体管构成了所有平板显示器的背板控制。
这项技术虽然无法取代计算机中的硅芯片，但在显示制造业具有变革潜力。全球每块电子显示器都包含一个庞大的微型薄膜晶体管阵列，用以控制每个像素。在有机发光二极管（OLED）显示器中，每个像素需要至少两个晶体管来控制。富兰克林研究团队此前已经证明，他们打印的可回收晶体管能够驱动液晶显示器上的几个像素。而新型亚微米打印TFT的性能已接近驱动OLED显示器的要求。
杜克大学的研究团队已将回收利用的概念深植于电子产品的设计环节中。富兰克林教授介绍：“采用类似技术制造的显示器，是我实验室迄今为止最可行的大规模应用。”这项技术为市值1500亿美元的电子显示器产业提供了一条更加环保和可持续的发展路径。
参考文献
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