Предложить использование кожи грибкового мицелия для устойчивой электроники.
Исследователи из Университета Иоганна Кеплера в Линце, Австрия, создали новый тип биоразлагаемой электроники, которую они назвали MycelioTronics. И у него есть большой потенциал для сокращения электронных отходов, от которых страдает аппаратное обеспечение всех видов.
Новая концепция основана на культивировании и переработке оболочки грибов в качестве биоразлагаемого субстратного материала для экологически чистой электроники.
В настоящее время все электронные схемы, изготовленные из проводящих металлов, должны располагаться на изолирующей и охлаждающей основе, называемой подложкой. Почти во всех компьютерных чипах эта подложка изготавливается из неперерабатываемых пластиковых полимеров, которые часто выбрасываются по истечении срока службы чипа.
Это способствует 50 миллионам тонн электронных отходов, которые производятся каждый год. Превосходная термическая стабильность и электроизолирующий характер функциональной сети делают кожу мицелия очень подходящим биоразлагаемым субстратом для электронных схем.
«Сложнее всего перерабатывать сам субстрат», — говорит Мартин Кальтенбруннер из Университета Иоганна Кеплера в Линце, Германия. «Это также больше всего электроники и самая низкая стоимость, поэтому, если у вас есть чипы, которые действительно имеют большую ценность, вы можете захотеть их переработать. »
Исследователи вырастили и обработали кожуру грибкового мицелия в качестве альтернативного биоразлагаемого материала субстрата.
«Кожа» основана на грибке, который естественным образом растет на мертвой древесине лиственных пород в мягком умеренном климате. Они обладают высокой термостойкостью и гибкой формой, что позволяет производить пайку электронных компонентов и облегчает изготовление электронных сенсорных плат. Кроме того, они выдерживают более 2000 циклов изгиба.
Мицелий можно использовать даже в батареях с низким энергопотреблением. Исследователи обнаружили, что мицелиевые батареи могут питать автономные сенсорные устройства, включая модуль Bluetooth и датчик приближения и влажности. Это важный шаг к устойчивости.
Упоминается, что эта кожица не росла на других грибах, исследованных учеными. После извлечения и высушивания кожицы они обнаружили, что она гибкая, является хорошим изолятором, способна выдерживать температуру более 200 °C и имеет толщину, близкую к толщине листа бумаги — хорошие свойства для подложки печатной платы.
Скин позволяет использовать распространенные методы электронной обработки, включая физическое осаждение из паровой фазы и лазерное моделирование, для получения электронных следов с проводимостью до 9,75 ± 1,44 × 104 См см-1. Гибкие электронные оболочки Mycelium выдерживают более 2000 циклов изгиба и могут сгибаться несколько раз с умеренным увеличением усилия. Мы демонстрируем, что мицелиевые батареи имеют емкость до ~ 3,8 мАч см-2, которые используются для питания автономных сенсорных устройств, включая модуль Bluetooth и датчик приближения и влажности.
Если хранить кожу вдали от влаги и ультрафиолетовых лучей , она, вероятно, прослужит сотни лет и, следовательно, идеально подойдет для срока службы электронного устройства. Важно отметить, что она также разлагается в почве примерно за две недели, что делает ее легко перерабатываемой.
Что касается процесса, упоминается, что интегральные схемы (ИС) составляют большую часть общей массы печатных плат (ПП) из-за высокой плотности используемых металлов, но из них трудно сделать биоразлагаемые версии.
Печатные платы обычных мобильных телефонов, например, состоят на 63% по весу из металлов, на 24% по весу из керамики и на 13% по весу из полимеров.
Что касается дизайнерской части, то упоминается следующее:
(A) Фотография сенсорной платы, состоящей из двухэлементной мицелиевой батареи, модуля Bluetooth и датчика импеданса с встречно-штыревой структурой электрода.
(B) Отклик импеданса датчика сильно зависит от относительной влажности окружающей среды.
(C) Скорректированная емкость и сопротивление конструкции встречно-штыревого датчика в зависимости от частоты
(D) Блок-схема сенсорной платы, генерирующей и передающей данные на внешний ПК во время беспроводных экспериментов.
(E) Приближение пальца к датчику приводит к четким изменениям емкости датчика.
(F) Реакция емкости датчика на повторное приближение пальца в (E)
(G) Всасывание сенсорной пластины вызывает четко определяемые изменения влажности.
(H) Реакция емкости на изменения влажности в (G)
(I) Аэробное разложение субстратов MycelioTronic PCB происходит в течение 2 недель в компостируемой почве.
(J) Массовая доля разлагающейся подложки ПХБ, показанная на (I), измеренная в течение 11 дней.
Опубликованные работы по биоразлагаемым интегральным схемам основаны на использовании биомассы и растительных материалов, что позволяет создавать полностью переходные электронные конфигурации, включающие разлагаемые элементы схемы.
Исследователи получили когезивные металлические пленки на собранных шкурах с шероховатостью поверхности Rrms 7,5 ± 1,8 мкм путем физического осаждения во время испарения, что позволило выполнить постобработку схемы.
Затем получают пленки с воспроизводимой непрерывностью путем осаждения 400 нм меди в качестве проводящей массы с предварительным осаждением 3 нм хрома для лучшей адгезии. Они дополнительно улучшают проводимость, нанося дополнительный слой золота толщиной 50 нм поверх исходного слоя меди.
Благодаря этим недавним достижениям на основе грибов биоразлагаемая оболочка мицелия может стать классом устойчивых альтернативных материалов для зеленого электронного будущего и придать дополнительный импульс к устойчивым батареям и электронике.
Наконец, если вас интересует более подробная информация по этому вопросу , вы можете найти ее по следующей ссылке.