Προτείνουν τη χρήση μυκητιακού μυκηλίου δέρματος για βιώσιμα ηλεκτρονικά
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Johannes Kepler στο Linz της Αυστρίας, δημιούργησαν έναν νέο τύπο βιοδιασπώμενων ηλεκτρονικών που ονομάζουν MycelioTronics. Και έχει μεγάλες δυνατότητες να μειώσει τα ηλεκτρονικά απόβλητα που επηρεάζουν το υλικό όλων των τύπων.
Η νέα ιδέα βασίζεται στην καλλιέργεια και επεξεργασία των φλοιών ενός μύκητα ως βιοδιασπώμενο υλικό υποστρώματος για οικολογικά ηλεκτρονικά είδη.
Προς το παρόν , όλα τα ηλεκτρονικά κυκλώματα, τα οποία είναι κατασκευασμένα από αγώγιμα μέταλλα, πρέπει να στηρίζονται σε μια μονωτική και ψυκτική βάση που ονομάζεται υπόστρωμα. Σε όλα σχεδόν τα τσιπ υπολογιστών, αυτό το υπόστρωμα είναι κατασκευασμένο από μη ανακυκλώσιμα πλαστικά πολυμερή, τα οποία συχνά απορρίπτονται στο τέλος της διάρκειας ζωής ενός τσιπ.
Αυτό συμβάλλει στους 50 εκατομμύρια τόνους ηλεκτρονικών αποβλήτων που παράγονται κάθε χρόνο. Η εξαιρετική θερμική σταθερότητα και η ηλεκτρικά μονωτική φύση του δικτύου χαρακτηριστικών καθιστούν το δέρμα μυκηλίου ένα εξαιρετικά κατάλληλο βιοδιασπώμενο υπόστρωμα για ηλεκτρονικά κυκλώματα.
«Το ίδιο το υπόστρωμα είναι το πιο δύσκολο στην ανακύκλωση», λέει ο Martin Kaltenbrunner του Πανεπιστημίου Johannes Kepler στο Linz της Γερμανίας. "Είναι επίσης τα περισσότερα ηλεκτρονικά και είναι η χαμηλότερη αξία, οπότε αν έχετε μερικά τσιπ που έχουν πραγματικά μεγάλη αξία, ίσως να θέλετε να τα ανακυκλώσετε."
Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει και επεξεργάζονται δέρματα μυκηλίου από μύκητες ως εναλλακτικό βιοδιασπώμενο υλικό υποστρώματος.
Το «δέρμα» βασίζεται σε έναν μύκητα που αναπτύσσεται φυσικά σε νεκρό σκληρό ξύλο σε ήπια εύκρατα κλίματα. Έχουν υψηλή θερμική σταθερότητα και εύκαμπτο σχήμα, που επιτρέπει τη συγκόλληση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων και διευκολύνει την κατασκευή ηλεκτρονικών πλακών αισθητήρων. Επιπλέον, μπορούν να αντέξουν περισσότερους από 2000 κύκλους κάμψης.
Το μυκήλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμα και σε μπαταρίες χαμηλής κατανάλωσης. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μπαταρίες μυκηλίου θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν αυτόνομες συσκευές ανίχνευσης, συμπεριλαμβανομένης μιας μονάδας Bluetooth και ενός αισθητήρα υγρασίας και εγγύτητας. Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα για τη βιωσιμότητα.
Αναφέρεται ότι το δέρμα δεν αναπτύχθηκε στους άλλους μύκητες που εξέτασαν οι ερευνητές. Όταν εξήγαγαν και στέγνωσαν το δέρμα , διαπίστωσαν ότι ήταν εύκαμπτο, καλό μονωτικό, ικανό να αντέξει θερμοκρασίες άνω των 200 °C και με πάχος παρόμοιο με αυτό ενός φύλλου χαρτιού - καλές ιδιότητες για ένα υπόστρωμα κυκλώματος.
Τα δέρματα επιτρέπουν τη χρήση κοινών τεχνικών ηλεκτρονικής επεξεργασίας, συμπεριλαμβανομένης της φυσικής εναπόθεσης ατμού και της διαμόρφωσης με λέιζερ, για τη λήψη ηλεκτρονικών ιχνών με αγωγιμότητα έως και 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Τα εύκαμπτα, συμβατά e-skins του Mycelium αντέχουν πάνω από 2000 κύκλους κάμψης και μπορούν να λυγιστούν πολλές φορές με μέτρια αύξηση της δύναμης. Αποδεικνύουμε ότι οι μπαταρίες μυκηλίου έχουν χωρητικότητα έως και ~3,8 mAh cm-2 που χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία αυτόνομων συσκευών ανίχνευσης, συμπεριλαμβανομένης μιας μονάδας Bluetooth και ενός αισθητήρα υγρασίας και εγγύτητας.
Αν φυλάσσεται μακριά από την υγρασία και τις ακτίνες UV , το περίβλημα πιθανότατα θα μπορούσε να διαρκέσει για εκατοντάδες χρόνια και επομένως θα ήταν ιδανικό για τη διάρκεια ζωής μιας ηλεκτρονικής συσκευής. Είναι σημαντικό ότι μπορεί επίσης να αποσυντεθεί στο έδαφος σε περίπου δύο εβδομάδες, καθιστώντας το εύκολα ανακυκλώσιμο.
Σχετικά με τη διαδικασία, αναφέρεται ότι τα ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC) αντιπροσωπεύουν την πλειονότητα της συνολικής μάζας των πλακών τυπωμένου κυκλώματος (PCB), λόγω της υψηλής πυκνότητας των μετάλλων που χρησιμοποιούνται, αλλά είναι δύσκολο να κατασκευαστούν βιοδιασπώμενες εκδόσεις τους.
Οι συμβατικές πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων για κινητά τηλέφωνα, για παράδειγμα, αποτελούνται από 63% κατά βάρος μέταλλα, 24% κατά βάρος από κεραμικά και 13% κατά βάρος από πολυμερή.
Σχετικά με το σχεδιαστικό κομμάτι αναφέρονται τα εξής:
(Α) Φωτογραφία μιας πλακέτας αισθητήρα που περιλαμβάνει μια μπαταρία μυκηλίου δύο κυψελών, μια μονάδα Bluetooth και έναν αισθητήρα σύνθετης αντίστασης με δομή διαψηφιακών ηλεκτροδίων.
(Β) Η απόκριση σύνθετης αντίστασης του αισθητήρα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σχετική υγρασία του περιβάλλοντος.
(Γ) Προσαρμοσμένη χωρητικότητα και αντίσταση της δομής του διαψηφιακού αισθητήρα ως συνάρτηση της συχνότητας
(Δ) Μπλοκ διάγραμμα της πλακέτας αισθητήρα που δημιουργεί και μεταφέρει δεδομένα σε εξωτερικό υπολογιστή κατά τη διάρκεια ασύρματων πειραμάτων
(Ε) Ένα δάχτυλο που πλησιάζει τον αισθητήρα προκαλεί σαφείς αλλαγές στην χωρητικότητα του αισθητήρα.
(F) Απόκριση χωρητικότητας αισθητήρα σε επαναλαμβανόμενη προσέγγιση του δακτύλου στο (E)
(Ζ) Η αναρρόφηση στην πλάκα του αισθητήρα προκαλεί σαφώς ανιχνεύσιμες αλλαγές υγρασίας.
(Η) Απόκριση χωρητικότητας στις αλλαγές υγρασίας σε (G)
(I) Η αερόβια αποσύνθεση των υποστρωμάτων PCB του MycelioTronic λαμβάνει χώρα εντός 2 εβδομάδων στο έδαφος κομποστοποίησης.
(J) Ποσοστό μάζας του υποστρώματος PCB που αποσυντίθεται στο (Ι) μετρημένο σε 11 ημέρες
Η δημοσιευμένη εργασία σχετικά με τα βιοδιασπώμενα ολοκληρωμένα κυκλώματα βασίζεται σε βιομάζα και φυτικά υλικά, με αποτέλεσμα μια πλήρως μεταβατική ηλεκτρονική διαμόρφωση που περιλαμβάνει αποικοδομήσιμα στοιχεία κυκλώματος.
Οι ερευνητές έλαβαν συνεκτικές μεταλλικές μεμβράνες στα συλλεγμένα δέρματα με επιφανειακή τραχύτητα Rrms 7,5 ± 1,8 μm με φυσική εναπόθεση κατά την εξάτμιση, επιτρέποντας περαιτέρω επεξεργασία των κυκλωμάτων.
Μετά από αυτό, λαμβάνονται μεμβράνες με αναπαραγώγιμη συνέχεια με εναπόθεση 400 nm χαλκού ως αγώγιμη μάζα, με προεναπόθεση 3 nm χρωμίου για καλύτερη πρόσφυση. Βελτιώνουν περαιτέρω την αγωγιμότητα με την εναπόθεση ενός επιπλέον στρώματος χρυσού πάχους 50 nm πάνω από το αρχικό στρώμα χαλκού.
Με αυτές τις πρόσφατες εξελίξεις που βασίζονται σε μύκητες, τα βιοαποδομήσιμα δέρματα μυκηλίου μπορεί να αναδειχθούν ως μια κατηγορία βιώσιμων εναλλακτικών υλικών για ένα πράσινο ηλεκτρονικό μέλλον και να παρέχουν περαιτέρω ώθηση προς βιώσιμες μπαταρίες και ηλεκτρονικά είδη.
Τέλος, αν ενδιαφέρεστε να μάθετε περισσότερα σχετικά με αυτό , μπορείτε να βρείτε τις λεπτομέρειες στον παρακάτω σύνδεσμο.