Foreslå brugen af svampemycelium hud til bæredygtig elektronik
Forskere ved Johannes Kepler Universitetet i Linz, Østrig, har skabt en ny type biologisk nedbrydelig elektronik, de kalder MycelioTronics. Og det har et stort potentiale til at reducere det e-affald, der plager hardware af enhver art.
De nye konceptet er baseret på at dyrke og behandle skind fra en svamp som biologisk nedbrydeligt substratmateriale til grøn elektronik.
og er hvade i øjeblikket alle elektroniske kredsløb, som er lavet af ledende metaller, de skal hvile på et isolerende og kølende underlag kaldet et substrat. I næsten alle computerchips er dette substrat lavet af ikke-genanvendelige plastikpolymerer, som ofte kasseres ved slutningen af brugstiden af en chip
Dette bidrager til de 50 millioner tons e-affald, der produceres hvert år. Funktionsnetværkets fremragende termiske stabilitet og elektrisk isolerende karakter gør myceliumskind til et yderst velegnet biologisk nedbrydeligt substrat til elektroniske kredsløb.
"Selve substratet er det sværeste at genbruge," siger Martin Kaltenbrunner fra Johannes Kepler Universitet i Linz, Tyskland. "Det er også mest elektronik, og det er den laveste værdi, så hvis du har nogle chips, der virkelig har meget værdi, kan du måske genbruge dem. »
Forskere har dyrket og behandlet svampemyceliumskind som et alternativt biologisk nedbrydeligt substratmateriale.
"Skindet" er baseret på en svamp, der vokser naturligt på dødt hårdt træ i mildt tempereret klima. De har høj termisk stabilitet og en fleksibel form, som tillader lodning af elektroniske komponenter og letter fremstillingen af elektroniske sensorkort. Derudover kan de modstå mere end 2000 bukkecyklusser.
Myceliet kan bruges selv i batterier med lavt forbrug. Forskerne fandt ud af, at myceliumbatterierne kunne drive autonome sensorenheder, inklusive et Bluetooth-modul og en nærheds- og fugtighedssensor. Dette er et vigtigt skridt for bæredygtighed.
Det nævnes, at skindet ikke voksede på de andre svampe, som forskerne har testet. Når de udtog og tørrede huden, fandt de ud af, at den var fleksibel, en god isolator, den kunne modstå temperaturer på mere end 200 °C og det handlede om tykkelsen af et ark papir, gode egenskaber for et kredsløbssubstrat.
Skindene tillader brugen af almindelige elektroniske behandlingsteknikker, herunder fysisk dampaflejring og lasermønster, for at opnå elektroniske spor med ledningsevne op til 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Myceliums fleksible, tilpassede elektroniske skins modstår over 2000 flex-cyklusser og kan bøjes flere gange med en moderat forøgelse af kraften. Vi demonstrerer, at myceliumbatterier har kapaciteter på op til ~3,8 mAh cm-2, der bruges til at drive autonome sensorenheder, inklusive et Bluetooth-modul og en nærheds- og fugtighedssensor.
Hvis det holdes væk fra fugt og UV-stråler, huden kunne formentlig holde i hundreder af år og ville derfor være perfekt til en elektronisk enheds levetid. Det er også vigtigt at bemærke det kan nedbrydes i jorden på omkring to uger, hvilket gør den let genanvendelig.
Om processen nævnes det, at integrerede kredsløb (IC'er) står for størstedelen af den samlede masse af printplader (PCB'er), på grund af den høje tæthed af de anvendte metaller, men det er vanskeligt at lave biologisk nedbrydelige versioner af dem.
Konventionelle mobiltelefonprintplader består for eksempel af 63 vægtprocent metaller, 24 vægtprocent keramik og 13 vægtprocent polymerer.
Vedrørende designdelen nævnes følgende:
(A) Fotografi af et sensorkort, der omfatter et to-cellet myceliumbatteri, et Bluetooth-modul og en impedanssensor med en interdigital elektrodestruktur.
(B) Sensorens impedansrespons er meget afhængig af den relative luftfugtighed i omgivelserne.
(C) Justeret kapacitet og modstand af den interdigitale sensorstruktur som funktion af frekvens
(D) Blokdiagram over sensorkortet, der genererer og overfører data til en ekstern pc under trådløse eksperimenter.
(E) En finger, der nærmer sig sensoren, frembringer tydelige ændringer i sensorens kapacitans.
(F) Sensorkapacitansens reaktion på den gentagne tilgang af fingrene i (E)
(G) Sugning på sensorpladen forårsager tydeligt detekterbare fugtændringer.
(H) Kapacitansens reaktion på fugtændringer i (G)
(I) Aerob nedbrydning af MycelioTronic PCB-substrater sker inden for 2 uger i komposteringsjord.
(J) Masseprocent af henfaldende PCB-substrat vist i (I) målt over 11 dage
udgivet værk på biologisk nedbrydelige integrerede kredsløb er baseret på biomasse og plantematerialer, resulterer i en fuldstændig forbigående elektronisk konfiguration, der inkluderer nedbrydelige kredsløbselementer.
Forskerne opnåede sammenhængende metalliske film på de høstede skind med en overfladeruhed Rrms på 7,5 ± 1,8 μm ved fysisk aflejring under fordampning, hvilket muliggjorde efterbehandling af kredsløbet.
Efterfølgende opnås film med reproducerbar kontinuitet ved at afsætte 400 nm kobber som en ledende masse, med en præaflejring på 3 nm krom for bedre vedhæftning. De forbedrer ledningsevnen yderligere ved at afsætte et yderligere 50 nm tykt lag guld oven på det indledende lag af kobber.
Med disse seneste svampebaserede fremskridt kan biologisk nedbrydelige myceliumskind dukke op som en klasse af bæredygtige alternative materialer til en grøn elektronisk fremtid og give yderligere fremdrift i retning af bæredygtige batterier og elektronik.
Endelig hvis du er interesseret i at vide mere om det, kan du kontrollere detaljerne i følgende link.