Те предлагат използването на кожа от гъбичен мицел за устойчива електроника
Изследователи от университета Йоханес Кеплер в Линц, Австрия са създали нов тип биоразградима електроника, която те наричат MycelioTronics. И има голям потенциал за намаляване на електронните отпадъци, които измъчват всякакъв вид хардуер.
Новата концепцията се основава на култивиране и обработка на кожи от гъбички като биоразградим субстратен материал за зелена електроника.
И това е каквоe в момента всички електронни вериги, които са направени от проводими метали, те трябва да лежат върху изолираща и охлаждаща основа, наречена субстрат. В почти всички компютърни чипове този субстрат е направен от нерециклируеми пластмасови полимери, които често изхвърлят се в края на полезния живот на чип.
Това допринася за 50-те милиона тона електронни отпадъци, които се произвеждат всяка година. Отличната термична стабилност и електроизолационният характер на функционалната мрежа правят кожата на мицела изключително подходящ биоразградим субстрат за електронни схеми.
„Самият субстрат е най-труден за рециклиране“, казва Мартин Калтенбрунер от университета „Йоханес Кеплер“ в Линц, Германия. „Това е и по-голямата част от електрониката и е с най-ниска стойност, така че ако имате чипове, които наистина имат голяма стойност, може да искате да ги рециклирате. »
Изследователите са отгледали и обработили кожи от гъбичен мицел като алтернативен биоразградим субстратен материал.
„Кожата“ се основава на гъбички, които растат естествено върху мъртва твърда дървесина в мекия умерен климат. Имат висока термична стабилност и гъвкава форма, което позволява запояване на електронни компоненти и улеснява производството на електронни сензорни платки. В допълнение, те могат да издържат на повече от 2000 цикъла на огъване.
Мицелът може да се използва дори в батерии с ниска мощност. Изследователите откриха, че батериите с мицел могат да захранват автономни сензорни устройства, включително Bluetooth модул и сензор за влажност и близост. Това е важна стъпка за устойчивост.
Споменава се, че кожата не расте върху другите гъби, тествани от изследователите. Когато те извличат и изсушават кожата, те откриха, че е гъвкав, добър изолатор, може да издържа на температури над 200 °C и беше с дебелината на лист хартия, добри свойства за субстрат на верига.
Кожите позволяват използването на обичайни електронни техники за обработка, включително физическо отлагане на пари и лазерно моделиране, за получаване на електронни следи с проводимост до 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Гъвкавите, отговарящи на изискванията електронни кожи на Mycelium издържат над 2000 цикъла на огъване и могат да бъдат огънати многократно с умерено увеличаване на силата. Ние демонстрираме, че батериите с мицел имат капацитет до ~3,8 mAh cm-2, които се използват за захранване на автономни сензорни устройства, включително Bluetooth модул и сензор за близост и влажност.
Ако се пази от влага и UV лъчи, кожата вероятно може да издържи стотици години и следователно би било идеално за полезния живот на едно електронно устройство. Важно е да се отбележи, че също може да се разложи в почвата за около две седмици, което го прави лесно рециклируем.
Относно процеса се споменава, че интегралните схеми (IC) представляват по-голямата част от общата маса на печатните платки (PCB) поради високата плътност на използваните метали, но е трудно да се направят техни биоразградими версии.
Печатните платки на конвенционалните мобилни телефони, например, са съставени от 63 тегл.% метали, 24 тегл.% керамика и 13 тегл.% полимери.
По отношение на дизайнерската част се споменава следното:
(A) Снимка на сензорна платка, състояща се от двуклетъчна мицелна батерия, Bluetooth модул и сензор за импеданс с интердигитална електродна структура.
(B) Реакцията на импеданса на сензора е силно зависима от относителната влажност на околната среда.
(C) Коригиран капацитет и съпротивление на интердигиталната сензорна структура като функция на честотата
(D) Блокова диаграма на сензорната платка, генерираща и прехвърляща данни към външен компютър по време на безжични експерименти.
(E) Пръст, който се доближава до сензора, води до ясни промени в капацитета на сензора.
(F) Отговор на капацитета на сензора при многократно приближаване на пръста в (E)
(G) Засмукването на сензорната плоча причинява ясно забележими промени във влажността.
(H) Реакция на капацитета на промените във влажността в (G)
(I) Аеробното разграждане на субстратите на MycelioTronic PCB става в рамките на 2 седмици в почвата за компостиране.
(J) Масов процент на разлагащ се PCB субстрат, показан в (I), измерен за 11 дни
публикувана работа на биоразградими интегрални схеми се основава на биомаса и растителни материали, което води до напълно преходна електронна конфигурация, която включва разграждащи се елементи на веригата.
Изследователите са получили кохезивни метални филми върху събраните кожи с повърхностна грапавост Rrms от 7,5 ± 1,8 μm чрез физическо отлагане по време на изпаряване, което позволява последваща обработка на електрическата верига.
Впоследствие се получават филми с възпроизводима непрекъснатост чрез отлагане на 400 nm мед като проводяща маса, с предварително отлагане на 3 nm хром за по-добра адхезия. Те допълнително подобряват проводимостта чрез отлагане на допълнителен слой злато с дебелина 50 nm върху първоначалния слой мед.
С тези скорошни постижения, базирани на гъби, биоразградимите мицелни кожи могат да се появят като клас устойчиви алтернативни материали за зелено електронно бъдеще и да осигурят допълнителен тласък към устойчиви батерии и електроника.
Накрая ако се интересувате да научите повече за това, можете да проверите подробностите в следваща връзка.