הצע שימוש בעור תפטיר פטרייתי עבור אלקטרוניקה בת קיימא
חוקרים מאוניברסיטת יוהנס קפלר בלינץ, אוסטריה יצרו סוג חדש של אלקטרוניקה מתכלה שהם מכנים MycelioTronics. ויש לו פוטנציאל גדול להפחית את הפסולת האלקטרונית שמציקה לחומרה מכל הסוגים.
הקונספט החדש מבוסס על טיפוח ועיבוד קליפות של פטרייה כחומר מצע מתכלה לאלקטרוניקה ידידותית לסביבה.
כיום , כל המעגלים האלקטרוניים, העשויים ממתכות מוליכות, חייבים להישען על בסיס מבודד ומקרר הנקרא מצע. כמעט בכל שבבי המחשב, מצע זה עשוי מפולימרים מפלסטיק שאינם ניתנים למחזור, אשר לעתים קרובות מושלכים בסוף חיי השבב.
זה תורם ל-50 מיליון טונות של פסולת אלקטרונית המיוצרת מדי שנה. היציבות התרמית המצוינת והאופי המבודד החשמלי של רשת התכונות הופכים את עור התפטיר למצע מתכלה מתאים ביותר עבור מעגלים אלקטרוניים.
"המצע עצמו הוא הקשה ביותר למיחזור", אומר מרטין קלטנברונר מאוניברסיטת יוהנס קפלר בלינץ, גרמניה. "זה גם הכי הרבה אלקטרוניקה וזה הערך הנמוך ביותר, אז אם יש לך כמה שבבים שיש להם באמת הרבה ערך, אולי תרצה למחזר אותם. »
חוקרים גידלו ועיבדו עורות תפטיר פטרייתיים כחומר מצע מתכלה חלופי.
ה"עור" מבוסס על פטרייה שצומחת באופן טבעי על עצים מתים באקלים מתון. יש להם יציבות תרמית גבוהה וצורה גמישה, המאפשרת הלחמה של רכיבים אלקטרוניים ומקלה על ייצור לוחות חיישנים אלקטרוניים. בנוסף, הם יכולים לעמוד ביותר מ-2000 מחזורי כיפוף.
ניתן להשתמש בתפטיר גם בסוללות בצריכה נמוכה. החוקרים גילו שסוללות התפטיר יכולות להפעיל מכשירי חישה אוטונומיים, כולל מודול בלוטות' וחיישן קרבה ולחות. זהו צעד חשוב לקיימות.
מוזכר כי העור לא גדל על פטריות אחרות שנבדקו על ידי החוקרים. כאשר הם הוציאו וייבשו את העור , הם גילו שהוא גמיש, מבודד טוב, מסוגל לעמוד בטמפרטורות של מעל 200 מעלות צלזיוס , ובעובי דומה לזה של דף נייר - תכונות טובות למצע מעגל.
העורות מאפשרים שימוש בטכניקות עיבוד אלקטרוניות נפוצות, כולל שקיעת אדים פיזית ודפוסי לייזר, כדי להשיג עקבות אלקטרוניות עם מוליכות של עד 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. העורות האלקטרוניים הגמישים והתואמים של Mycelium עומדים בפני למעלה מ-2000 מחזורי גמישות וניתנים לכיפוף מספר פעמים עם עלייה מתונה בכוח. אנו מדגימים שלסוללות תפטיר יש קיבולות של עד ~3,8 mAh cm-2 המשמשות להפעלת מכשירי חישה אוטונומיים, כולל מודול בלוטות' וחיישן קרבה ולחות.
אם יישמר הרחק מלחות וקרני UV , העור עשוי להחזיק מעמד מאות שנים ולכן יהיה מושלם לתוחלת החיים של מכשיר אלקטרוני. חשוב לציין, הוא יכול גם להתפרק באדמה תוך כשבועיים, מה שהופך אותו לניתן למחזור בקלות.
לגבי התהליך, מוזכר שמעגלים משולבים (ICs) מהווים את רוב המסה הכוללת של לוחות מעגלים מודפסים (PCB), בשל הצפיפות הגבוהה של המתכות המשמשות, אך קשה ליצור גרסאות מתכלות שלהם.
מעגלים מודפסים רגילים לטלפונים ניידים, למשל, מורכבים מ-63% ממשקל מתכות, 24% ממשקל קרמיקה ו-13% ממשקל פולימרים.
לגבי החלק העיצובי, מוזכרים הדברים הבאים:
(א) צילום של לוח חיישן הכולל סוללת תפטיר שני תאים, מודול בלוטות' וחיישן עכבה עם מבנה אלקטרודה בין-דיגיטלית.
(ב) תגובת העכבה של החיישן תלויה מאוד בלחות היחסית של הסביבה.
(ג) קיבולת והתנגדות מותאמת של מבנה החיישן הבין-דיגיטלי כפונקציה של התדר
(ד) דיאגרמת בלוק של לוח החיישנים המייצר ומעביר נתונים למחשב חיצוני במהלך ניסויים אלחוטיים.
(ה) אצבע המתקרבת לחיישן מייצרת שינויים ברורים בקיבול החיישן.
(ו) תגובה של קיבול החיישן לגישה החוזרת ונשנית של האצבעות ב-(E)
(ז) יניקה על לוח החיישן גורמת לשינויי לחות הניתנים לזיהוי ברור.
(ח) תגובת הקיבול לשינויי לחות ב-(G)
(I) פירוק אירובי של מצעי PCB MycelioTronic מתרחש תוך שבועיים באדמת קומפוסט.
(J) אחוז המסה של מצע PCB מתפרק המוצג ב-(I) נמדד במשך 11 ימים
העבודה שפורסמה על מעגלים משולבים מתכלים מבוססת על ביומסה וחומרים צמחיים, וכתוצאה מכך נוצרת תצורה אלקטרונית חולפת לחלוטין הכוללת רכיבי מעגל מתכלים.
החוקרים השיגו סרטים מתכתיים מלוכדים על העורות שנקטפו עם חספוס פני השטח Rrms של 7,5 ± 1,8 מיקרומטר על ידי שקיעה פיזית במהלך אידוי, מה שמאפשר עיבוד שלאחר של המעגלים.
לאחר מכן, סרטים עם המשכיות ניתנת לשחזור מתקבלים על ידי הפקדת 400 ננומטר של נחושת כמסה מוליכה, עם שיקוע מקדים של 3 ננומטר של כרום להדבקה טובה יותר. הם משפרים עוד יותר את המוליכות על ידי הפקדת שכבה נוספת של זהב בעובי 50 ננומטר על גבי שכבת הנחושת הראשונית.
עם ההתקדמות האחרונה המבוססת על פטריות, עורות תפטיר מתכלים עשויים להופיע כסוג של חומרים חלופיים ברי קיימא לעתיד אלקטרוני ירוק ולספק מומנטום נוסף לקראת סוללות ואלקטרוניקה ברי קיימא.
לבסוף, אם אתם מעוניינים ללמוד עוד על כך , תוכלו למצוא פרטים נוספים בקישור הבא.