Proposer l'utilisation de la peau de mycélium fongique pour l'électronique durable
Des chercheurs de l'Université Johannes Kepler de Linz, en Autriche, ont créé un nouveau type d'électronique biodégradable qu'ils appellent MycelioTronics. Et il a un grand potentiel pour réduire les déchets électroniques qui affligent le matériel de toutes sortes.
Ce nouveau concept repose sur la culture et le traitement des peaux d'un champignon en tant que matériau de substrat biodégradable pour l'électronique écologique.
Actuellement , tous les circuits électroniques, composés de métaux conducteurs, reposent sur une base isolante et refroidissante appelée substrat. Dans la quasi-totalité des puces informatiques, ce substrat est constitué de polymères plastiques non recyclables, souvent jetés en fin de vie.
Cela contribue aux 50 millions de tonnes de déchets électroniques produits chaque année. L'excellente stabilité thermique et la nature électriquement isolante du réseau de caractéristiques font de la peau de mycélium un substrat biodégradable très approprié pour les circuits électroniques.
« Le substrat lui-même est le plus difficile à recycler », explique Martin Kaltenbrunner de l'Université Johannes Kepler de Linz, en Allemagne. "C'est aussi le plus électronique et c'est la valeur la plus basse, donc si vous avez des puces qui ont vraiment beaucoup de valeur, vous voudrez peut-être les recycler. »
Les chercheurs ont cultivé et traité des peaux de mycélium fongique comme matériau de substrat biodégradable alternatif.
La "peau" est basée sur un champignon qui pousse naturellement sur le bois dur mort dans les climats tempérés doux. Ils ont une stabilité thermique élevée et une forme flexible, ce qui permet le soudage de composants électroniques et facilite la fabrication de cartes de capteurs électroniques. De plus, ils peuvent supporter plus de 2000 XNUMX cycles de flexion.
Le mycélium peut être utilisé même dans des batteries à faible consommation. Les chercheurs ont découvert que les batteries au mycélium pouvaient alimenter des dispositifs de détection autonomes, notamment un module Bluetooth et un capteur de proximité et d'humidité. C'est une étape importante pour la durabilité.
Il est à noter que cette pellicule ne s'est pas développée sur les autres champignons testés par les chercheurs. Après extraction et séchage , ils ont constaté qu'elle était flexible, un bon isolant, capable de résister à des températures supérieures à 200 °C , et d'une épaisseur similaire à celle d'une feuille de papier — des propriétés idéales pour un substrat de circuit imprimé.
Les peaux permettent l'utilisation de techniques de traitement électronique courantes, notamment le dépôt physique en phase vapeur et la structuration au laser, pour obtenir des traces électroniques avec une conductivité allant jusqu'à 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Les peaux électroniques flexibles et conformes de Mycelium résistent à plus de 2000 3,8 cycles de flexion et peuvent être pliées plusieurs fois avec une augmentation modérée de la force. Nous démontrons que les batteries au mycélium ont des capacités allant jusqu'à ~ 2 mAh cm-XNUMX qui sont utilisées pour alimenter des dispositifs de détection autonomes, y compris un module Bluetooth et un capteur de proximité et d'humidité.
Protégée de l'humidité et des rayons UV , cette pellicule pourrait se conserver pendant des centaines d'années et serait donc idéale pour la durée de vie d'un appareil électronique. De plus, elle se décompose dans le sol en deux semaines environ, ce qui la rend facilement recyclable.
À propos du procédé, il est mentionné que les circuits intégrés (CI) représentent la majeure partie de la masse totale des cartes de circuits imprimés (PCB), en raison de la forte densité des métaux utilisés, mais il est difficile d'en faire des versions biodégradables.
Les circuits imprimés classiques des téléphones portables, par exemple, sont composés de 63 % en poids de métaux, 24 % en poids de céramiques et 13 % en poids de polymères.
Concernant la partie conception, il est mentionné ce qui suit :
(A) Photographie d'une carte de capteur comprenant une batterie mycélium à deux cellules, un module Bluetooth et un capteur d'impédance avec une structure d'électrode interdigitée.
(B) La réponse d'impédance du capteur dépend fortement de l'humidité relative de l'environnement.
(C) Capacité et résistance ajustées de la structure du capteur interdigital en fonction de la fréquence
(D) Schéma fonctionnel de la carte du capteur générant et transférant des données vers un PC externe lors d'expériences sans fil.
(E) Un doigt s'approchant du capteur produit des changements nets dans la capacité du capteur.
(F) Réponse de la capacité du capteur à l'approche répétée des doigts en (E)
(G) L'aspiration sur la plaque du capteur provoque des changements d'humidité clairement détectables.
(H) Réponse de la capacité aux changements d'humidité dans (G)
(I) La décomposition aérobie des substrats PCB MycelioTronic se produit dans les 2 semaines dans le sol de compostage.
(J) Pourcentage massique de substrat de PCB en décomposition indiqué en (I) mesuré sur 11 jours
Les travaux publiés sur les circuits intégrés biodégradables sont basés sur la biomasse et les matériaux végétaux, aboutissant à une configuration électronique entièrement transitoire qui comprend des éléments de circuit dégradables.
Les chercheurs ont obtenu des films métalliques cohésifs sur les peaux récoltées avec une rugosité de surface Rrms de 7,5 ± 1,8 μm par dépôt physique lors de la vaporisation, permettant un post-traitement des circuits.
Par la suite, des films à continuité reproductible sont obtenus en déposant 400 nm de cuivre comme masse conductrice, avec un pré-dépôt de 3 nm de chrome pour une meilleure adhésion. Ils améliorent encore la conductivité en déposant une couche supplémentaire d'or de 50 nm d'épaisseur au-dessus de la couche initiale de cuivre.
Avec ces récentes avancées à base de champignons, les peaux de mycélium biodégradables pourraient émerger comme une classe de matériaux alternatifs durables pour un avenir électronique vert et donner un nouvel élan vers des batteries et une électronique durables.
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