電子產品長期以來一直以其永久性為特征。即使使用壽命結束，材料仍會在填埋場中停留多年甚至數十年。瞬態電子設備采用無常性，這些器件被設計成工作一段時間后消失，暴露于水、熱或光時溶解為安全的副產物。

電子技術的發展速度比以往任何時候都快，因此老舊電子產品很快就會變得過時或不受歡迎。雖然電子技術的發展有明顯的好處，但電子產品的快速更換每年會有數百萬設備被送往填埋場。預計到2030年全球電子廢棄物將增至8200萬噸，研究人員尋求更可持續的替代方案。

瞬態電子技術有助于推動新設備的循環經濟，同時推動我們通過新的電子應用提升技術能力。

瞬態電子學背后的材料

瞬態電子學的基礎在于材料科學。設計成功的瞬態電子系統需要在可靠性能與受控劣化之間取得平衡。材料類別已有進展，包括半導體、基板和封裝材料，這些材料在某些情況下甚至可以彎曲或彎曲成不同的形態。

半導體

二硫化鉬（MoS2）、石墨烯和黑磷因其電子和光電子特性而逐漸出現。MoS2具有高載流子遷移率，且可在環境觸發條件下降解，因此對瞬態半導體具有吸引力。這些材料在環境條件下較為稀薄，具有優異的電子性能，能夠較快降解。對于MoS?，暴露于紫外線或可見光可促進氧化，加速溶解。

即使是傳統的半導體材料如硅，也可以被設計成在超薄層或納米膜形式制造時溶解。與化學穩定且基本永久的散裝硅不同，硅納米膜在水溶液或生物流體中經歷水解，逐漸轉化為無害的二酸，這是一種被人體安全吸收或排出的化合物。

擁有這種特性，使得可降解硅不僅具有生物相容性，還完全具備生物吸收能力，從而為醫療植入物和臨時傳感器的誕生打開了大門，這些傳感器不會留下痕跡。

基底與封裝材料

聚（乳酸共乙醇酸）（PLGA）和聚前乙內酯（PCL）等聚合物，在生物醫學領域因其可預測的水解分解而被廣泛認可。通過調整結晶度、分子量或與其他聚合物混合，降解速率可以針對更長的器件壽命進行調整。熱量和濕度加速了這一過程，這些是重要的環境因素，同時也是降解設計中的有用工具。

絲蛋白可能是瞬態電子學的另一種重要結構材料。絲纖維蛋白薄膜具有生物相容性，在特定條件下可溶于水，且機械上可調諧。絲蛋白可以作為柔性底物、包裹層，甚至介電體。工藝技術的進步使得通過改變結晶度或退火條件來微調溶解速率成為可能。

瞬態電子學：性能與無常之間的平衡

對于每種材料，這些觸發器都可以設計成在特定時間內響應，使瞬態設備能夠針對短期或長期應用進行定制。這種靈活性是其承諾的核心，同時也凸顯了設計的復雜性。由于這些設備仍在積極開發中，成功取決于在多個且常常相互競爭的因素間謹慎平衡：

• 穩定性與瞬時性的權衡：主要工程挑戰是實現高性能運行，包括導電性、機動性和穩定性，同時確保可預測且完全的退化。材料必須在作環境中承受足夠長時間以發揮作用，但又不能持續到超出預期用途的時間。對于半導體，這些材料的電特性會用精密工具測試，研究人員可以在降解開始前記錄電流-電壓行為和載流子遷移率等參數。

• 降解的均勻性：確保設備持續溶解，而非不可預測地碎片化。受控降解依賴于對材料性質和環境參數的微調。對于醫療植入物或環境傳感器來說，做好這一點尤為重要，因為剩余材料可能帶來生物學或生態問題。

• 多種材料的整合：聚合物、金屬和二維材料的不同降解速率會復雜化器件整體性能和壽命可預測性。這可能導致設備在預定壽命前失去功能，或以無控制順序溶解，使設計可預測的工作窗口變得困難。

• 可擴展性與成本：在工業規模生產瞬態器件同時保持可調性能仍是一個重大難題。迄今為止，許多演示依賴于復雜的制造步驟或尚未優化大規模生產的材料。實現納米膜均勻厚度、精確控制聚合物結晶度，或可降解金屬與二維材料的一致集成，在大規模下既耗時又昂貴。同時，瞬態電子設備必須保持與傳統設備的成本競爭力，以鼓勵采用。

電子設備不那么永久的可能性

無常提供了永久電子設備無法做到的可能性。在醫學領域，可降解植入物已經證明了其價值。可生物降解植入物，如臨時起搏器，已被證明能在溶解前為新生兒和心臟缺陷成人提供救命支持，從而消除增加風險的二次手術。

類似的方法也在術后監測和藥物遞送中被開發，瞬態電子設備可以記錄恢復數據或釋放治療后消失，無需干預。

在醫療之外，可降解傳感器正在出現，支持可持續農業，提高作物產量，同時使用后無害地堆肥。瞬態傳感器在極端或難以到達的環境中，也展現出環境監測和數據收集的潛力，這些地方無法檢索數據。

除了新應用外，瞬態電子產品還可以被整合進消費技術中，以應對日益加劇的電子廢棄物危機。送往垃圾填埋場的電子產品不會因為材料而壞掉。相反，有些可能會將有毒化學物質滲入環境中。

電子產品回收越來越受歡迎，但電子廢棄物的增長速度仍是有記錄回收量的5倍，顯示出系統無法跟上大量廢棄設備的增長。瞬態電子設備為減輕這一負擔提供了一種方式，減少了回收基礎設施中必須收集、處理和回收的體積。

目前，大多數瞬態設備設計壽命相對較短，限制了它們在消費技術中的作用。為了成為電子廢棄物解決方案的一部分，這些電子設備需要更長時間地使用，同時保持精準、可控的劣化。畢竟，沒人希望通話中途手機電路消失。

即使面臨這一障礙，電子未來的前景也可能完全不同，商業化的瞬態電子設備將徹底重塑我們對技術生命周期的理解。雖然這些設備不會抑制社會對新設備的需求，但通過確保這些產品的物質遺產消失，我們可以大幅降低我們集體對科技癡迷的環境成本。