Foreslå bruk av soppmycelhud for bærekraftig elektronikk
Forskere ved Johannes Kepler-universitetet i Linz, Østerrike, har laget en ny type biologisk nedbrytbar elektronikk de kaller MycelioTronics. Og det har et stort potensiale for å redusere e-avfallet som plager maskinvare av alle slag.
Det nye konseptet er basert på å dyrke og bearbeide skinnet til en sopp som et biologisk nedbrytbart substratmateriale for miljøvennlig elektronikk.
For tiden må alle elektroniske kretser, som er laget av ledende metaller, hvile på en isolerende og kjølende base kalt et substrat. I nesten alle databrikker er dette substratet laget av ikke-resirkulerbare plastpolymerer, som ofte kastes på slutten av en brikkes levetid.
Dette bidrar til de 50 millioner tonnene med e-avfall som produseres hvert år. Den utmerkede termiske stabiliteten og den elektrisk isolerende egenskapen til funksjonsnettverket gjør mycelhud til et svært egnet biologisk nedbrytbart substrat for elektroniske kretser.
"Selve underlaget er det vanskeligste å resirkulere," sier Martin Kaltenbrunner ved Johannes Kepler-universitetet i Linz, Tyskland. "Det er også mest elektronikk og det er den laveste verdien, så hvis du har noen brikker som virkelig har mye verdi, kan det være lurt å resirkulere dem. »
Forskere har dyrket og behandlet soppmycelskinn som et alternativt biologisk nedbrytbart substratmateriale.
"Skinnet" er basert på en sopp som vokser naturlig på dødt løvtre i mildt temperert klima. De har høy termisk stabilitet og en fleksibel form, som tillater lodding av elektroniske komponenter og letter produksjonen av elektroniske sensorkort. I tillegg tåler de mer enn 2000 bøyesykluser.
Myceliet kan brukes selv i batterier med lavt forbruk. Forskerne fant at mycelbatteriene kunne drive autonome sensorenheter, inkludert en Bluetooth-modul og en nærhets- og fuktighetssensor. Dette er et viktig skritt for bærekraft.
Det nevnes at huden ikke vokste på de andre soppene som ble testet av forskerne. Da de ekstraherte og tørket huden , fant de ut at den var fleksibel, en god isolator, tålte temperaturer på over 200 °C , og med en tykkelse som tilsvarer et papirark – gode egenskaper for et kretssubstrat.
Skinnene tillater bruk av vanlige elektroniske prosesseringsteknikker, inkludert fysisk dampavsetning og lasermønster, for å oppnå elektroniske spor med konduktivitet opptil 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Myceliums fleksible, konforme elektroniske skinn tåler over 2000 bøyningssykluser og kan bøyes flere ganger med en moderat økning i kraft. Vi demonstrerer at myceliumbatterier har kapasiteter på opptil ~3,8 mAh cm-2 som brukes til å drive autonome sensorenheter, inkludert en Bluetooth-modul og en nærhets- og fuktighetssensor.
Hvis den holdes unna fuktighet og UV-stråler , kan huden sannsynligvis vare i hundrevis av år og vil derfor være perfekt for levetiden til en elektronisk enhet. Viktigere er det at den også kan brytes ned i jord på omtrent to uker, noe som gjør den lett resirkulerbar.
Om prosessen nevnes det at integrerte kretser (IC-er) står for det meste av den totale massen av trykte kretskort (PCB), på grunn av den høye tettheten til metallene som brukes, men det er vanskelig å lage biologisk nedbrytbare versjoner av dem.
Konvensjonelle kretskort for mobiltelefoner består for eksempel av 63 vekt% metaller, 24 vekt% keramikk og 13 vekt% polymerer.
Angående designdelen nevnes følgende:
(A) Fotografi av et sensorkort som består av et tocellet myceliumbatteri, en Bluetooth-modul og en impedanssensor med en interdigital elektrodestruktur.
(B) Impedansresponsen til sensoren er svært avhengig av den relative fuktigheten i omgivelsene.
(C) Justert kapasitet og motstand til den interdigitale sensorstrukturen som en funksjon av frekvens
(D) Blokkdiagram over sensorkortet som genererer og overfører data til en ekstern PC under trådløse eksperimenter.
(E) En finger som nærmer seg sensoren produserer klare endringer i kapasitansen til sensoren.
(F) Responsen til sensorkapasitansen på gjentatt tilnærming av fingrene i (E)
(G) Sug på sensorplaten forårsaker tydelig detekterbare fuktighetsendringer.
(H) Kapasitansens respons på fuktighetsendringer i (G)
(I) Aerob nedbrytning av MycelioTronic PCB-substrater skjer innen 2 uker i komposteringsjord.
(J) Masseprosent av råtnende PCB-substrat vist i (I) målt over 11 dager
Det publiserte arbeidet om biologisk nedbrytbare integrerte kretser er basert på biomasse og plantematerialer, noe som resulterer i en fullstendig transient elektronisk konfigurasjon som inkluderer nedbrytbare kretselementer.
Forskerne oppnådde kohesive metalliske filmer på de høstede skinnene med en overflateruhet Rrms på 7,5 ± 1,8 μm ved fysisk avsetning under fordampning, noe som muliggjorde etterbehandling av kretsene.
Deretter oppnås filmer med reproduserbar kontinuitet ved å avsette 400 nm kobber som en ledende masse, med en forhåndsavsetning på 3 nm krom for bedre vedheft. De forbedrer ledningsevnen ytterligere ved å avsette et ekstra 50 nm tykt lag med gull på toppen av det første laget av kobber.
Med disse nylige soppbaserte fremskrittene kan biologisk nedbrytbare myceliumskall dukke opp som en klasse av bærekraftige alternative materialer for en grønn elektronisk fremtid og gi ytterligere fart mot bærekraftige batterier og elektronikk.
Til slutt, hvis du er interessert i å lære mer om dette , kan du finne detaljene på følgende lenke.