اقترح استخدام قشرة الفطريات الفطرية للإلكترونيات المستدامة
ابتكر باحثون في جامعة يوهانس كيبلر في لينز بالنمسا نوعًا جديدًا من الإلكترونيات القابلة للتحلل الحيوي أطلقوا عليها اسم MycelioTronics. وله إمكانات كبيرة لتقليل النفايات الإلكترونية التي تصيب الأجهزة من جميع الأنواع.
الجديد يعتمد المفهوم على زراعة ومعالجة جلود الفطريات كمادة الركيزة القابلة للتحلل للإلكترونيات الخضراء.
وماذاه حاليًا جميع الدوائر الإلكترونية المصنوعة من معادن موصلة ، يجب أن يستقروا على قاعدة عازلة ومبردة تسمى الركيزة. في جميع رقائق الكمبيوتر تقريبًا ، تتكون هذه الركيزة من بوليمرات بلاستيكية غير قابلة لإعادة التدوير ، والتي غالبًا ما تكون يتم التخلص منها في نهاية العمر الإنتاجي من شريحة
يساهم هذا في إنتاج 50 مليون طن من النفايات الإلكترونية كل عام. يجعل الاستقرار الحراري الممتاز والطبيعة العازلة للكهرباء لشبكة الميزات جلد الميسليوم ركيزة مناسبة للغاية قابلة للتحلل الحيوي للدوائر الإلكترونية.
يقول مارتن كالتنبرونر من جامعة يوهانس كيبلر في لينز بألمانيا: "الركيزة نفسها هي الأصعب في إعادة التدوير". "إنها أيضًا معظم الأجهزة الإلكترونية وهي أقل قيمة ، لذلك إذا كان لديك بعض الرقائق التي لها بالفعل قيمة كبيرة ، فقد ترغب في إعادة تدويرها. »
قام الباحثون بتنمية ومعالجة جلود الفطريات الفطرية كمواد ركيزة بديلة قابلة للتحلل.
يعتمد "الجلد" على فطر ينمو بشكل طبيعي على الخشب الصلب الميت في المناخات المعتدلة. لديهم ثبات حراري عالي وشكل مرن ، مما يسمح بلحام المكونات الإلكترونية ويسهل تصنيع لوحات الاستشعار الإلكترونية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنها تحمل أكثر من 2000 دورة انحناء.
يمكن استخدام الفطريات حتى في البطاريات منخفضة الاستهلاك. وجد الباحثون أن بطاريات mycelium يمكنها تشغيل أجهزة الاستشعار المستقلة ، بما في ذلك وحدة Bluetooth ومستشعر القرب والرطوبة. هذه خطوة مهمة للاستدامة.
ويذكر أن الجلد لم ينمو على الفطر الآخر الذي اختبره الباحثون. عندما استخرجوا وجففوا الجلد، وجدوا أنه مرن ، وعازل جيد ، ويمكنه تحمل درجات حرارة تزيد عن 200 درجة مئوية وكان الأمر يتعلق بسماكة ورقة ، خصائص جيدة لركيزة الدائرة.
تسمح الأسطح باستخدام تقنيات المعالجة الإلكترونية الشائعة ، بما في ذلك ترسيب البخار الفيزيائي ونقش الليزر ، للحصول على آثار إلكترونية بموصلية تصل إلى 9,75 ± 1,44 × 104 S سم -1. تتحمل جلود Mycelium المرنة والمطابقة أكثر من 2000 دورة مرنة ويمكن ثنيها عدة مرات مع زيادة معتدلة في القوة. نوضح أن بطاريات mycelium لها قدرات تصل إلى 3,8 مللي أمبير / سم 2 تُستخدم لتشغيل أجهزة الاستشعار المستقلة ، بما في ذلك وحدة Bluetooth ومستشعر القرب والرطوبة.
إذا تم إبعاده عن الرطوبة والأشعة فوق البنفسجية، ربما يستمر الجلد لمئات السنين وبالتالي ستكون مثالية لحياة أي جهاز إلكتروني. من المهم أن نلاحظ ذلك أيضًا يمكن أن تتحلل في التربة في حوالي أسبوعين ، مما يجعلها قابلة لإعادة التدوير بسهولة.
فيما يتعلق بالعملية ، يُذكر أن الدوائر المتكاملة (ICs) تمثل معظم الكتلة الإجمالية للوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) ، نظرًا للكثافة العالية للمعادن المستخدمة ، ولكن من الصعب صنع نسخ قابلة للتحلل منها.
على سبيل المثال ، تتكون لوحات الدوائر المطبوعة للهواتف المحمولة التقليدية من 63٪ بالوزن من المعادن ، و 24٪ بالوزن من السيراميك و 13٪ من وزن البوليمرات.
فيما يتعلق بجزء التصميم ، تم ذكر ما يلي:
(أ) صورة للوحة مستشعر تشتمل على بطارية mycelium ثنائية الخلية ووحدة Bluetooth ومستشعر مقاومة بهيكل قطب كهربائي بين الأصابع.
(ب) تعتمد استجابة مقاومة المستشعر بشكل كبير على الرطوبة النسبية للبيئة.
(ج) القدرة والمقاومة المعدلة لهيكل المستشعر بين الأصابع كدالة للتردد
(د) رسم تخطيطي للوحة الاستشعار التي تولد البيانات وتحولها إلى كمبيوتر خارجي أثناء التجارب اللاسلكية.
(هـ) ينتج عن اقتراب الإصبع من المستشعر تغييرات واضحة في سعة المستشعر.
(F) استجابة سعة المستشعر للاقتراب المتكرر للأصابع في (E)
(ز) يؤدي الشفط الموجود على لوحة المستشعر إلى تغيرات رطوبة يمكن اكتشافها بوضوح.
(ح) تغيرات استجابة السعة للرطوبة في (G)
(2) التحلل الهوائي لركائز MycelioTronic ثنائي الفينيل متعدد الكلور يحدث في غضون أسبوعين في تربة السماد.
(J) النسبة المئوية الكتلية لركيزة PCB المتحللة الموضحة في (I) المقاسة على مدار 11 يومًا
العمل المنشور على الدوائر المتكاملة القابلة للتحلل يعتمد على الكتلة الحيوية والمواد النباتية ، مما يؤدي إلى تكوين إلكتروني عابر تمامًا يتضمن عناصر دائرة قابلة للتحلل.
حصل الباحثون على أغشية معدنية متماسكة على القشرة المقطوعة مع خشونة سطحية Rrms 7,5 ± 1,8 ميكرومتر عن طريق الترسيب الفيزيائي أثناء التبخير ، مما يسمح بالمعالجة اللاحقة للدائرة.
بعد ذلك ، يتم الحصول على الأفلام ذات الاستمرارية القابلة للتكرار عن طريق ترسيب 400 نانومتر من النحاس ككتلة موصلة ، مع وضع مسبق قدره 3 نانومتر من الكروم لتحسين الالتصاق. إنها تعمل على تحسين التوصيل عن طريق ترسيب طبقة إضافية من الذهب بسمك 50 نانومتر فوق الطبقة الأولية من النحاس.
مع هذه التطورات الحديثة القائمة على عيش الغراب ، قد تظهر جلود الفطريات القابلة للتحلل الحيوي كفئة من المواد البديلة المستدامة لمستقبل إلكتروني صديق للبيئة وتوفر مزيدًا من الزخم نحو البطاريات والإلكترونيات المستدامة.
أخيرا إذا كنت مهتمًا بمعرفة المزيد عنها، يمكنك التحقق من التفاصيل في الرابط التالي.