Ehdota sienirihmaston käyttöä kestävän elektroniikan edistämiseksi
Itävallan Linzin Johannes Kepler -yliopiston tutkijat ovat luoneet uudentyyppisen biohajoavan elektroniikan, jota he kutsuvat nimellä MycelioTronics. Ja sillä on suuret mahdollisuudet vähentää sähköistä jätettä, joka vaivaa kaikenlaisia laitteita.
Uusi konsepti perustuu sienen kuorien viljelyyn ja käsittelyyn biohajoavaksi substraattimateriaaliksi ympäristöystävälliselle elektroniikalle.
Tällä hetkellä kaikkien johtavista metalleista valmistettujen elektronisten piirien on oltava eristävän ja jäähdyttävän alustan päällä, jota kutsutaan substraatiksi. Lähes kaikissa tietokonesiruissa tämä alusta on valmistettu kierrätyskelvottomista muovipolymeereistä, jotka usein hävitetään sirun käyttöiän päätyttyä.
Tämä lisää vuosittain syntyvää 50 miljoonaa tonnia sähköistä jätettä. Ominaisuusverkon erinomainen lämmönkestävyys ja sähköä eristävä luonne tekevät rihmaston ihosta erittäin sopivan biohajoavan substraatin elektronisille piireille.
"Substraatti itsessään on vaikein kierrättää", sanoo Martin Kaltenbrunner Johannes Keplerin yliopistosta Linzissä, Saksassa. ”Se on myös eniten elektroniikkaa ja se on alhaisin arvo, joten jos sinulla on siruja, joilla on todella paljon arvoa, saatat haluta kierrättää ne. »
Tutkijat ovat kasvattaneet ja käsitelleet sienirihmastonahoja vaihtoehtoisena biohajoavana substraattimateriaalina.
"Iho" perustuu sieneen, joka kasvaa luonnollisesti kuolleella lehtipuulla leutossa lauhkeassa ilmastossa. Niillä on korkea lämmönkestävyys ja joustava muoto, mikä mahdollistaa elektronisten komponenttien juottamisen ja helpottaa elektronisten anturilevyjen valmistusta. Lisäksi ne kestävät yli 2000 taivutusjaksoa.
Rihmastoa voidaan käyttää myös vähän kuluttavilla akuilla. Tutkijat havaitsivat, että myseeliparistot voisivat antaa virtaa autonomisille anturilaitteille, mukaan lukien Bluetooth-moduuli sekä läheisyys- ja kosteusanturi. Tämä on tärkeä askel kestävän kehityksen kannalta.
Mainitaan, että iho ei kasvanut muissa tutkijoiden testaamissa sienissä. Kun he ottivat ja kuivasivat ihon , he havaitsivat sen olevan joustava, hyvä eriste, joka kestää yli 200 °C:n lämpötiloja ja jonka paksuus on paperiarkin paksuinen – hyvät ominaisuudet piirilevylle.
Skinit mahdollistavat yleisten elektronisten prosessointitekniikoiden käytön, mukaan lukien fyysinen höyrypinnoitus ja laserkuviointi, jotta saadaan elektronisia jälkiä, joiden johtavuus on jopa 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Myceliumin joustavat, mukautuvat elektroniset kuoret kestävät yli 2000 3,8 joustojaksoa ja niitä voidaan taivuttaa useita kertoja kohtuullisella voimanlisäyksellä. Osoitamme, että rihmastoakkujen kapasiteetti on jopa ~ 2 mAh cm-XNUMX, joita käytetään autonomisten tunnistuslaitteiden, mukaan lukien Bluetooth-moduulin sekä läheisyys- ja kosteussensorin, virtalähteeseen.
Jos iho pidetään poissa kosteudesta ja UV-säteistä , se voi todennäköisesti kestää satoja vuosia ja olisi siksi täydellinen elektronisen laitteen käyttöiän ajaksi. On tärkeää huomata, että se voi myös hajota maaperässä noin kahdessa viikossa, joten se on helposti kierrätettävä.
Prosessista mainitaan, että integroidut piirit (ICs) muodostavat suurimman osan painettujen piirilevyjen (PCB) kokonaismassasta käytettyjen metallien suuren tiheyden vuoksi, mutta niistä on vaikea tehdä biohajoavia versioita.
Esimerkiksi tavanomaiset matkapuhelimen painetut piirilevyt koostuvat 63 paino-% metalleista, 24 paino-% keramiikasta ja 13 paino-% polymeereista.
Suunnitteluosan osalta mainitaan seuraava:
(A) Valokuva anturilevystä, joka sisältää kaksikennoisen myseelipariston, Bluetooth-moduulin ja impedanssisensorin, jossa on interdigitaalinen elektrodirakenne.
(B) Anturin impedanssivaste riippuu suuresti ympäristön suhteellisesta kosteudesta.
(C) Interdigitaalisen anturin rakenteen säädetty kapasiteetti ja vastus taajuuden funktiona
(D) Lohkokaavio anturilevystä, joka tuottaa ja siirtää tietoja ulkoiseen tietokoneeseen langattomien kokeiden aikana.
(E) Anturia lähestyvä sormi aiheuttaa selkeitä muutoksia anturin kapasitanssissa.
(F) Anturin kapasitanssin vaste sormien toistuvaan lähestymiseen kohdassa (E)
(G) Anturilevyn imu aiheuttaa selvästi havaittavia kosteusmuutoksia.
(H) Kapasitanssin vaste kosteuden muutoksiin (G)
(I) MycelioTronic PCB-substraattien aerobinen hajoaminen tapahtuu 2 viikon sisällä kompostointimaassa.
(J) Kohdassa (I) esitetyn hajoavan PCB-substraatin massaprosentti mitattuna 11 päivän aikana
Biohajoavia integroituja piirejä koskeva julkaistu työ perustuu biomassaan ja kasvimateriaaleihin, mikä johtaa täysin ohimenevään elektroniseen kokoonpanoon, joka sisältää biohajoavia piirielementtejä.
Tutkijat saivat kerätyille nahoille koossapitoisia metallikalvoja, joiden pinnan karheus Rrms oli 7,5 ± 1,8 μm fysikaalisella saostuksella höyrystyksen aikana, mikä mahdollistaa piirien jälkikäsittelyn.
Myöhemmin kalvoja, joilla on toistettava jatkuvuus, saadaan kerrostamalla 400 nm kuparia johtavana massana, jossa esisaostetaan 3 nm kromia paremman tarttuvuuden varmistamiseksi. Ne parantavat edelleen johtavuutta kerrostamalla ylimääräisen 50 nm:n paksuisen kultakerroksen alkuperäisen kuparikerroksen päälle.
Näiden viimeaikaisten sienipohjaisten edistysten myötä biohajoavat rihmastot voivat nousta kestävien vaihtoehtoisten materiaalien luokkaksi vihreän elektroniikan tulevaisuudelle ja antaa lisävauhtia kohti kestäviä akkuja ja elektroniikkaa.
Lopuksi, jos olet kiinnostunut oppimaan lisää tästä , löydät yksityiskohdat seuraavasta linkistä.