三个绝妙的可改善环境的电子设计技巧

全世界都迷上了电子产品。据 Statista 称，2023 年全球智能手机用户总数将达到 67 亿。在 2023 年的一项类似研究中，该媒体发现美国人分别每 2.67 年和 2.54 年更换一次消费类和企业级智能手机。虽然电子垃圾数量很大，但这仅占总量的一小部分。针对该数据，Statista 估计 2022 年全球的电子垃圾总量将达到 6200 万公吨。

不幸的是，人类至今还没有找到一种经济环保的方法来处理电子垃圾。这非常令人担忧，因为不当的加工和处理会向我们的环境中释放少量有毒物质，包括铅、汞、砷等。还应注意的是，电子产品的制造也可能同样有害。

所有这些因素都推动了对绿色和可持续电子产品的需求。尽管目前可用的选项有限，但电子设计工程师应该牢记以下几点，做出更环保的选择。

电子产品设计的三个环保概念

电子工程师可以使用许多概念从环保角度来改进设计。具体设计概念如：

1. 可持续设计
2. 绿色制造
3. 循环经济

据 McKinsey & Company 称，“我们的分析表明，虽然研发费用只占产品总成本的 5% 或更少，但对该产品资源占用的影响却高达 80%。”

因此，可持续设计可能是开发新电子产品时最重要的因素。该过程涉及将环境因素纳入产品的整个生命周期设计中——从原材料收集到不可避免的产品废旧处置。由于许多 CAD、PLM 和工程设计工具已将环境生命周期评估 (LCA) 嵌入到其核心技术中，因此可持续设计变得更加容易实现。

其次，电子制造过程对环境有重大影响已不是什么秘密。尽管人们正在研究更多可持续的流程，但工程师们仍然可以有所作为。通过实施智能制造方法，他们可以提高工厂的能效、减少废物流。此外，通过选择可再生能源来为生产提供动力，工程师们可以迈出使这些过程更加环保的第一步。

最后，工程师需要在开始设计产品时就考虑循环经济。这意味着产品及其零件，甚至原材料都可以轻松地重复使用、维修或回收，但这超出了修理和转售电子产品的权利。公司需要提出回收工作流程，以便能够轻松地将旧产品翻新或重新用于制造新产品。

当前和未来的环保电子产品

这就引出了一个问题：工程师们可以使用哪些环保零件和材料？令人遗憾的是，对于电子行业来说，目前的选择有限。

许多研究人员正在评估利用丰富的可回收材料生产电子元件的可能性。然而，其他人则选择采用更加合成的有机材料路线。具体示例包括：

• 用于绿色电子和光子学的丝绸或纸基材料
• 用于生物电子学的离子导电水凝胶
• 生物相容性和可生物降解的导电聚合物复合材料
• 用于电化学储能的生物色素和石墨碳量子点
• 用于狭缝模头涂层有机紫外线指示剂和过滤器的绿色溶剂
• 基于细菌纤维素和再生聚苯乙烯的有机 LED 基板

然而，一些最有前景的研究是在有机场效应晶体管 (OFET) 领域。OFET 的目标是取代例如基板、半导体和电介质等传统电子元器件。OFET 材料都是可生物降解的，并且由丰富的材料制成。一些已生产的概念产品包括可折叠显示器、身份证、传感器，甚至是人造皮肤。然而，OFET 的研发仍处于早期阶段。

那么，目前工程师们可以使用哪些绿色零件呢？例如，WAGO 的 Green Range 221 系列接头连接器。这种器件的连接器部分由生物循环材料和再生塑料制成。

WAGO 的 Green Range 221 系列接头部分由生物循环材料和再生塑料制成。（图片来源：WAGO）

此外， Allegro Microsystems 还提供一系列电源和传感解决方案，以简化设计并优化能量传输。这些产品可还用于太阳能逆变器、热泵和电动汽车 (EV) 充电器等绿色应用。

至于针对绿色应用优化的其他部件，工程师们可以向 ITT Cannon 寻求 一系列可定制的电动汽车充电互连器件。此外， Klein Tools 还提供 60 W 可折叠太阳能电池板，可快速为移动电源、电站和便携式电池充电。

最后，IEEE Spectrum 报道，氮化镓 (GAN) 和碳化硅 (SiC) 正在争夺绿色技术的主导地位”。该媒体还补充道，”无论哪材料胜出，都将减少数十亿吨的温室气体排放。”这主要是因为 GaN 和 SiC 比传统硅元件更高效。使用这两种材料已使照明行业的用电量减少了 30% 至 40%。因此，其他电子应用也开始使用这些材料。

有关 GaN 和 SiC 的更多信息及其相对于传统硅晶体管的环保优势，请观看网络研讨会：哪种宽带隙技术最适合您的高效率应用？