持続可能なエレクトロニクスのための真菌菌糸体皮膚の使用を提案する
オーストリアのリンツにあるヨハネス ケプラー大学の研究者は、MycelioTronics と呼ばれる新しいタイプの生分解性電子機器を作成しました。 また、あらゆる種類のハードウェアを悩ませている電子廃棄物を削減する大きな可能性を秘めています。
新しい コンセプトは、菌類の皮を培養して加工することに基づいています 生分解性基質材料として グリーンエレクトロニクスのために。
そして何ですかe 現在、導電性金属でできているすべての電子回路は、 それらは、基板と呼ばれる断熱および冷却ベース上に置かれなければなりません。 ほとんどすべてのコンピュータ チップで、この基板はリサイクルできないプラスチック ポリマーでできています。 耐用年数の終了時に廃棄 チップの
これは、毎年生産される 50 万トンの電子廃棄物の原因となっています。 機能ネットワークの優れた熱安定性と電気絶縁性により、菌糸体の皮膚は電子回路に非常に適した生分解性基板になります。
ドイツのリンツにあるヨハネス ケプラー大学の Martin Kaltenbrunner は次のように述べています。 「それはまた、最も多くの電子機器であり、最も価値が低いため、本当に価値のあるチップを持っている場合は、それらをリサイクルしたいと思うかもしれません. »
研究者は、代替の生分解性基質材料として真菌の菌糸体の皮を成長させ、処理しました。
「皮」は、温暖な気候の枯れた広葉樹に自然に生育する菌に基づいています。 それらは高い熱安定性と柔軟な形状を備えているため、電子部品のはんだ付けが可能になり、電子センサーボードの製造が容易になります。 さらに、2000 回以上の曲げサイクルに耐えることができます。
菌糸体は、低消費バッテリーでも使用できます。 研究者は、菌糸体電池が Bluetooth モジュールや近接センサー、湿度センサーなどの自律センシング デバイスに電力を供給できることを発見しました。 これは持続可能性にとって重要なステップです。
研究者がテストした他のキノコでは皮が成長しなかったことが言及されています. 彼らが皮膚を抽出して乾燥させたとき、彼らはそれが柔軟性があり、優れた絶縁体であり、200°Cを超える温度に耐えることができることを発見しました 紙一枚程度の厚みで、回路基板としては良好な特性でした。
スキンにより、物理蒸着やレーザーパターニングなどの一般的な電子処理技術を使用して、最大 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1 の導電率を持つ電子トレースを得ることができます。 Mycelium の柔軟で順応性のある電子スキンは、2000 回以上の屈曲サイクルに耐え、適度な力の増加で複数回曲げることができます。 菌糸体電池の容量は最大 3,8 mAh cm-2 であり、Bluetooth モジュールや近接センサー、湿度センサーなどの自律センシング デバイスに電力を供給するために使用されます。
湿気や紫外線を避けて保管すると、皮膚はおそらく何百年も続く可能性があります したがって、電子機器の寿命に最適です。 また、 約XNUMX週間で土壌中で分解できます。 これにより、簡単にリサイクルできます。
プロセスについては、使用される金属の密度が高いため、集積回路 (IC) がプリント回路基板 (PCB) の総質量のほとんどを占めると言われていますが、それらの生分解性バージョンを作成することは困難です。
たとえば、従来の携帯電話のプリント回路基板は、重量で 63% の金属、重量で 24% のセラミック、重量で 13% のポリマーで構成されています。
デザインの部分については、次のように述べられています。
(A) XNUMX セル菌糸体電池、Bluetooth モジュール、インターデジタル電極構造のインピーダンス センサーで構成されるセンサー ボードの写真。
(B) センサーのインピーダンス応答は、環境の相対湿度に大きく依存します。
(C) インターデジタル センサー構造の容量と抵抗を周波数の関数として調整
(D) ワイヤレス実験中にデータを生成して外部 PC に転送するセンサー ボードのブロック図。
(E) センサーに指を近づけると、センサーの静電容量が明確に変化します。
(F) (E) の指の繰り返しアプローチに対するセンサー静電容量の応答
(G) センサー プレートの吸引は、明確に検出可能な湿度の変化を引き起こします。
(H) (G) の湿度変化に対する静電容量の応答
(I) MycelioTronic PCB 基質の好気性分解は、堆肥化土壌で 2 週間以内に発生します。
(J) 11 日間にわたって測定された (I) に示される腐敗する PCB 基板の質量割合
出版された作品 生分解性集積回路について バイオマスと植物材料に基づいており、 その結果、分解可能な回路要素を含む完全に一時的な電子構成になります。
研究者は、気化中の物理的堆積により、7,5 ± 1,8 μm の表面粗さ Rrms を持つ、収穫された皮に粘着性のある金属膜を得て、回路の後処理を可能にしました。
続いて、再現性のある連続性を備えたフィルムは、接着性を高めるために 400 nm のクロムを事前に堆積させて、3 nm の銅を導電性塊として堆積させることによって得られます。 銅の初期層の上に厚さ 50 nm の追加の金の層を堆積させることにより、導電率をさらに向上させます。
これらの最近のキノコベースの進歩により、生分解性の菌糸体スキンは、環境に優しい電子の未来のための持続可能な代替材料のクラスとして出現し、持続可能なバッテリーと電子機器に向けたさらなる勢いを提供する可能性があります.
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