Navrhnite použitie kože hubového mycélia pre udržateľnú elektroniku
Výskumníci z Univerzity Johannesa Keplera v Linzi v Rakúsku vytvorili nový typ biologicky rozložiteľnej elektroniky, ktorú nazývajú MycelioTronics. A má veľký potenciál znížiť elektronický odpad, ktorý trápi hardvér každého druhu.
Nový koncept je založený na kultivácii a spracovaní šupiek huby ako biologicky odbúrateľného substrátového materiálu pre ekologickú elektroniku.
V súčasnosti musia všetky elektronické obvody, ktoré sú vyrobené z vodivých kovov, spočívať na izolačnej a chladiacej podložke nazývanej substrát. Takmer vo všetkých počítačových čipoch je tento substrát vyrobený z nerecyklovateľných plastových polymérov, ktoré sa na konci životnosti čipu často vyhadzujú.
To prispieva k 50 miliónom ton elektronického odpadu, ktorý sa vyprodukuje každý rok. Vynikajúca tepelná stabilita a elektricky izolačná povaha siete prvkov robí z kože mycélia vysoko vhodný biologicky odbúrateľný substrát pre elektronické obvody.
„Samotný substrát je najťažšie recyklovateľný,“ hovorí Martin Kaltenbrunner z Univerzity Johannesa Keplera v nemeckom Linzi. „Je to tiež najviac elektroniky a má najnižšiu hodnotu, takže ak máte nejaké čipy, ktoré majú naozaj veľkú hodnotu, možno ich budete chcieť recyklovať. »
Výskumníci vypestovali a spracovali kože hubového mycélia ako alternatívny biologicky odbúrateľný substrátový materiál.
„Pokožka“ je založená na hube, ktorá prirodzene rastie na odumretom tvrdom dreve v miernom miernom podnebí. Majú vysokú tepelnú stabilitu a flexibilný tvar, ktorý umožňuje spájkovanie elektronických súčiastok a uľahčuje výrobu elektronických senzorových dosiek. Navyše vydržia viac ako 2000 cyklov ohýbania.
Mycélium je možné použiť aj v batériách s nízkou spotrebou. Výskumníci zistili, že mycéliové batérie môžu napájať autonómne snímacie zariadenia vrátane modulu Bluetooth a snímača blízkosti a vlhkosti. Toto je dôležitý krok pre udržateľnosť.
Uvádza sa, že na iných hubách, ktoré výskumníci testovali, pokožka nerástla. Keď pokožku extrahovali a vysušili , zistili, že je pružná, dobrý izolant, schopný odolávať teplotám nad 200 °C a má hrúbku podobnú hárku papiera – čo sú dobré vlastnosti pre substrát pre obvody.
Poťahy umožňujú použitie bežných techník elektronického spracovania, vrátane fyzického nanášania pár a laserového vzorovania, na získanie elektronických stôp s vodivosťou až 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Flexibilné, prispôsobivé elektronické povrchy Mycélia vydržia viac ako 2000 3,8 ohybových cyklov a možno ich niekoľkokrát ohnúť s miernym zvýšením sily. Preukázali sme, že batérie mycélia majú kapacitu až ~2 mAh cm-XNUMX, ktoré sa používajú na napájanie autonómnych snímacích zariadení vrátane modulu Bluetooth a snímača priblíženia a vlhkosti.
Ak by sa chránil pred vlhkosťou a UV žiarením , povlak by pravdepodobne vydržal stovky rokov , a preto by bol ideálny na životnosť elektronického zariadenia. Dôležité je, že sa tiež dokáže rozložiť v pôde približne za dva týždne, vďaka čomu je ľahko recyklovateľný.
V súvislosti s procesom sa uvádza, že integrované obvody (IC) tvoria väčšinu celkovej hmotnosti dosiek s plošnými spojmi (PCB), kvôli vysokej hustote použitých kovov, ale je ťažké vyrobiť ich biologicky odbúrateľné verzie.
Bežné dosky plošných spojov pre mobilné telefóny sú napríklad zložené zo 63 % hmotnosti kovov, 24 % hmotnosti keramiky a 13 % hmotnosti polymérov.
Pokiaľ ide o dizajnovú časť, uvádzame nasledovné:
(A) Fotografia senzorovej dosky obsahujúcej dvojčlánkovú mycéliovú batériu, modul Bluetooth a impedančný senzor s interdigitálnou elektródovou štruktúrou.
(B) Impedančná odozva snímača je vysoko závislá od relatívnej vlhkosti prostredia.
(C) Upravená kapacita a odpor štruktúry interdigitálneho snímača ako funkcia frekvencie
(D) Bloková schéma dosky snímača, ktorá generuje a prenáša dáta do externého PC počas bezdrôtových experimentov.
(E) Prst približujúci sa k senzoru spôsobuje jasné zmeny v kapacite senzora.
(F) Odozva kapacity snímača na opakované priblíženie prstov v (E)
(G) Nasávanie na doske snímača spôsobuje jasne zistiteľné zmeny vlhkosti.
(H) Odozva kapacity na zmeny vlhkosti v (G)
(I) Aeróbny rozklad substrátov MycelioTronic PCB nastáva do 2 týždňov v kompostovacej pôde.
(J) Hmotnostné percento rozpadajúceho sa PCB substrátu znázorneného v (I) merané počas 11 dní
Publikovaná práca o biologicky odbúrateľných integrovaných obvodoch je založená na biomase a rastlinných materiáloch, čoho výsledkom je plne prechodná elektronická konfigurácia, ktorá obsahuje biologicky odbúrateľné prvky obvodu.
Výskumníci získali súdržné kovové filmy na zozbieraných šupkách s drsnosťou povrchu Rrms 7,5 ± 1,8 μm fyzikálnou depozíciou počas odparovania, čo umožňuje následné spracovanie obvodov.
Následne sa získajú filmy s reprodukovateľnou kontinuitou nanesením 400 nm medi ako vodivej hmoty, s prednánosom 3 nm chrómu pre lepšiu priľnavosť. Ďalej zlepšujú vodivosť nanesením ďalšej 50 nm hrubej vrstvy zlata na vrchnú vrstvu medi.
S týmito nedávnymi pokrokmi založenými na hubách sa biologicky odbúrateľné kože mycélia môžu objaviť ako trieda udržateľných alternatívnych materiálov pre zelenú elektronickú budúcnosť a poskytnúť ďalší impulz smerom k udržateľným batériám a elektronike.
Na záver, ak sa chcete o tom dozvedieť viac , podrobnosti nájdete na nasledujúcom odkaze.