Föreslå användning av svampmycelhud för hållbar elektronik
Forskare vid Johannes Kepler-universitetet i Linz, Österrike, har skapat en ny typ av biologiskt nedbrytbar elektronik som de kallar MycelioTronics. Och det har stor potential att minska e-avfallet som plågar hårdvara av alla slag.
Den nya konceptet bygger på att odla och bearbeta skinn från en svamp som biologiskt nedbrytbart substratmaterial för grön elektronik.
och är vade för närvarande alla elektroniska kretsar, som är gjorda av ledande metaller, de måste vila på en isolerande och kylande bas som kallas ett substrat. I nästan alla datorchips är detta substrat tillverkat av icke-återvinningsbara plastpolymerer, vilket ofta kasseras vid slutet av nyttjandeperioden av ett chip
Detta bidrar till de 50 miljoner ton e-avfall som produceras varje år. Funktionsnätverkets utmärkta termiska stabilitet och elektriskt isolerande karaktär gör mycelhud till ett mycket lämpligt biologiskt nedbrytbart substrat för elektroniska kretsar.
"Själva substratet är det svåraste att återvinna", säger Martin Kaltenbrunner från Johannes Kepler University i Linz, Tyskland. "Det är också mest elektronik och det är det lägsta värdet, så om du har några chips som verkligen har mycket värde, kanske du vill återvinna dem. »
Forskare har odlat och bearbetat svampmycelhudar som ett alternativt biologiskt nedbrytbart substratmaterial.
"Skinet" är baserat på en svamp som växer naturligt på död lövved i milt tempererat klimat. De har hög termisk stabilitet och en flexibel form, vilket möjliggör lödning av elektroniska komponenter och underlättar tillverkningen av elektroniska sensorkort. Dessutom klarar de mer än 2000 XNUMX bockningscykler.
Mycelet kan användas även i lågförbrukningsbatterier. Forskarna fann att mycelbatterierna kunde driva autonoma avkänningsenheter, inklusive en Bluetooth-modul och en närhets- och fuktighetssensor. Detta är ett viktigt steg för hållbarhet.
Det nämns att skinnet inte växte på de andra svamparna som forskarna testade. När de extraherade och torkade huden, fann de att det var flexibelt, en bra isolator, det kunde motstå temperaturer på mer än 200 °C och det handlade om tjockleken på ett pappersark, bra egenskaper för ett kretssubstrat.
Skalen tillåter användning av vanliga elektroniska bearbetningstekniker, inklusive fysisk ångavsättning och lasermönster, för att erhålla elektroniska spår med konduktivitet upp till 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Myceliums flexibla, anpassade elektroniska skal klarar över 2000 3,8 flexcykler och kan böjas flera gånger med en måttlig ökning av kraften. Vi visar att mycelbatterier har en kapacitet på upp till ~2 mAh cm-XNUMX som används för att driva autonoma avkänningsenheter, inklusive en Bluetooth-modul och en närhets- och fuktighetssensor.
Om den hålls borta från fukt och UV-strålar, huden skulle förmodligen kunna hålla i hundratals år och skulle därför vara perfekt för en elektronisk enhets liv. Det är också viktigt att notera det kan sönderfalla i jorden på cirka två veckor, vilket gör det lätt att återvinna.
Om processen nämns att integrerade kretsar (IC) står för det mesta av den totala massan av tryckta kretskort (PCB), på grund av den höga densiteten hos de metaller som används, men det är svårt att göra biologiskt nedbrytbara versioner av dem.
Konventionella kretskort för mobiltelefoner, till exempel, består av 63 viktprocent metaller, 24 viktprocent keramer och 13 viktprocent polymerer.
Angående designdelen nämns följande:
(A) Fotografi av ett sensorkort som består av ett tvåcells myceliumbatteri, en Bluetooth-modul och en impedanssensor med en interdigital elektrodstruktur.
(B) Sensorns impedanssvar är starkt beroende av den relativa fuktigheten i omgivningen.
(C) Justerad kapacitet och resistans hos den interdigitala sensorstrukturen som en funktion av frekvens
(D) Blockschema över sensorkortet som genererar och överför data till en extern PC under trådlösa experiment.
(E) Ett finger som närmar sig sensorn ger tydliga förändringar i sensorns kapacitans.
(F) Sensorkapacitansens svar på det upprepade närmandet av fingrarna i (E)
(G) Sug på sensorplattan orsakar tydligt detekterbara fuktförändringar.
(H) Kapacitansens svar på fuktighetsförändringar i (G)
(I) Aerob nedbrytning av MycelioTronic PCB-substrat sker inom 2 veckor i komposteringsjord.
(J) Massprocent av ruttnande PCB-substrat som visas i (I) mätt under 11 dagar
publicerat arbete på biologiskt nedbrytbara integrerade kretsar är baserad på biomassa och växtmaterial, vilket resulterar i en helt transient elektronisk konfiguration som inkluderar nedbrytbara kretselement.
Forskarna erhöll sammanhängande metallfilmer på de skördade skinnen med en ytråhet Rrms på 7,5 ± 1,8 μm genom fysisk avsättning under förångning, vilket möjliggör efterbearbetning av kretsen.
Därefter erhålls filmer med reproducerbar kontinuitet genom att avsätta 400 nm koppar som en ledande massa, med en förutfällning av 3 nm krom för bättre vidhäftning. De förbättrar ledningsförmågan ytterligare genom att avsätta ytterligare ett 50 nm tjockt lager av guld ovanpå det initiala lagret av koppar.
Med dessa senaste svampbaserade framsteg kan biologiskt nedbrytbara myceliumskinn dyka upp som en klass av hållbara alternativa material för en grön elektronisk framtid och ge ytterligare fart mot hållbara batterier och elektronik.
Slutligen om du är intresserad av att veta mer om detkan du kontrollera detaljerna i följande länk.