Zaproponuj wykorzystanie skórki grzybni do zrównoważonej elektroniki
Naukowcy z Uniwersytetu Johannesa Keplera w Linz w Austrii stworzyli nowy rodzaj biodegradowalnej elektroniki, którą nazwali MycelioTronics. I ma ogromny potencjał, aby zmniejszyć e-odpady, które są plagą wszelkiego rodzaju sprzętu.
Nowy koncepcja opiera się na uprawie i przetwarzaniu skór grzyba jako biodegradowalny materiał podłoża dla zielonej elektroniki.
i jest czyme obecnie wszystkie obwody elektroniczne, które są wykonane z metali przewodzących, muszą spoczywać na izolującej i chłodzącej podstawie zwanej podłożem. W prawie wszystkich chipach komputerowych to podłoże jest wykonane z nienadających się do recyklingu plastikowych polimerów, które często wyrzucane pod koniec okresu użytkowania chipa
To przyczynia się do 50 milionów ton e-odpadów, które są produkowane każdego roku. Doskonała stabilność termiczna i elektrycznie izolujący charakter sieci cech sprawiają, że skórka grzybni jest wysoce odpowiednim biodegradowalnym podłożem dla obwodów elektronicznych.
„Samo podłoże jest najtrudniejsze do recyklingu” — mówi Martin Kaltenbrunner z Uniwersytetu Johannesa Keplera w Linz w Niemczech. „To także najwięcej elektroniki i najniższa wartość, więc jeśli masz jakieś chipy, które naprawdę mają dużą wartość, możesz chcieć je poddać recyklingowi. »
Naukowcy wyhodowali i przetworzyli skórki grzybni jako alternatywny biodegradowalny materiał substratowy.
„Skóra” jest oparta na grzybie, który naturalnie rośnie na martwym drewnie liściastym w łagodnym klimacie umiarkowanym. Charakteryzują się dużą stabilnością termiczną oraz elastycznym kształtem, co umożliwia lutowanie elementów elektronicznych oraz ułatwia wytwarzanie elektronicznych płytek sensorycznych. Ponadto mogą wytrzymać ponad 2000 cykli gięcia.
Grzybnię można stosować nawet w bateriach o niskim zużyciu energii. Naukowcy odkryli, że baterie grzybni mogą zasilać autonomiczne urządzenia wykrywające, w tym moduł Bluetooth oraz czujnik zbliżeniowy i wilgotności. To ważny krok w kierunku zrównoważonego rozwoju.
Wspomniano, że skórka nie rosła na innych testowanych przez naukowców grzybach. Kiedy wydobyli i wysuszyli skórę, stwierdzili, że jest elastyczny, dobry izolator, może wytrzymać temperatury powyżej 200 °C i chodziło o grubość kartki papieru, dobre właściwości jak na podłoże obwodów.
Skórki pozwalają na wykorzystanie powszechnych technik przetwarzania elektronicznego, w tym fizycznego osadzania z fazy gazowej i modelowania laserowego, w celu uzyskania śladów elektronicznych o przewodności do 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Elastyczne, dopasowujące się elektroniczne powłoki grzybni wytrzymują ponad 2000 cykli zginania i mogą być wielokrotnie zginane przy umiarkowanym wzroście siły. Pokazujemy, że baterie grzybni mają pojemność do ~3,8 mAh cm-2, które są używane do zasilania autonomicznych urządzeń czujnikowych, w tym modułu Bluetooth oraz czujnika zbliżeniowego i wilgotności.
Jeśli jest przechowywany z dala od wilgoci i promieni UV, skóra mogłaby prawdopodobnie przetrwać setki lat i dlatego byłby idealny na całe życie urządzenia elektronicznego. Warto zauważyć, że również może rozłożyć się w glebie w ciągu około dwóch tygodni, co sprawia, że łatwo poddaje się recyklingowi.
O procesie wspomina się, że układy scalone (IC) stanowią większość całkowitej masy płytek drukowanych (PCB), ze względu na dużą gęstość użytych metali, ale trudno jest wykonać ich biodegradowalne wersje.
Na przykład konwencjonalne płytki obwodów drukowanych do telefonów komórkowych składają się w 63% wagowo z metali, w 24% wagowo z ceramiki i w 13% wagowo z polimerów.
Jeśli chodzi o część projektową, wymieniono, co następuje:
(A) Zdjęcie płytki czujnika zawierającej dwuogniwową baterię grzybni, moduł Bluetooth i czujnik impedancji z międzypalcową strukturą elektrody.
(B) Reakcja impedancyjna czujnika w dużym stopniu zależy od wilgotności względnej otoczenia.
(C) Skorygowana pojemność i rezystancja struktury czujnika międzypalcowego w funkcji częstotliwości
(D) Schemat blokowy płytki czujnika generującej i przesyłającej dane do zewnętrznego komputera PC podczas eksperymentów bezprzewodowych.
(E) Palec zbliżający się do czujnika powoduje wyraźne zmiany pojemności czujnika.
(F) Odpowiedź pojemności czujnika na wielokrotne zbliżenie palców w (E)
(G) Ssanie na płytce czujnika powoduje wyraźnie wykrywalne zmiany wilgotności.
(H) Odpowiedź pojemności na zmiany wilgotności w (G)
(I) Rozkład tlenowy substratów MycelioTronic PCB zachodzi w ciągu 2 tygodni w kompostowanej glebie.
(J) Procent masowy rozkładającego się podłoża PCB pokazany na (I) mierzony przez 11 dni
opublikowana praca na biodegradowalnych układach scalonych bazuje na biomasie i surowcach roślinnych, co skutkuje całkowicie przejściową konfiguracją elektroniczną, która zawiera degradowalne elementy obwodu.
Naukowcy uzyskali spoiste metaliczne warstwy na zebranych skórach o chropowatości powierzchni Rrms 7,5 ± 1,8 μm poprzez fizyczne osadzanie podczas odparowywania, co pozwala na obróbkę końcową obwodów.
Następnie uzyskuje się folie o powtarzalnej ciągłości przez osadzanie 400 nm miedzi jako masy przewodzącej, z wstępnym osadzeniem 3 nm chromu dla lepszej przyczepności. Ponadto poprawiają przewodnictwo, osadzając dodatkową warstwę złota o grubości 50 nm na wierzchu początkowej warstwy miedzi.
Dzięki tym ostatnim postępom opartym na grzybach, biodegradowalne skórki grzybni mogą stać się klasą zrównoważonych materiałów alternatywnych dla zielonej elektronicznej przyszłości i zapewnić dalszy rozpęd w kierunku zrównoważonych baterii i elektroniki.
W końcu jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na ten temat, możesz sprawdzić szczegóły w następujący link.