Запропонуйте використовувати шкіру грибкового міцелію для стійкої електроніки
Дослідники з Університету Йоганна Кеплера в Лінці, Австрія, створили новий тип біорозкладаної електроніки, яку вони назвали MycelioTronics. І він має великий потенціал для зменшення електронних відходів, які завдають шкоди апаратному забезпеченню всіх видів.
Нова концепція базується на культивуванні та обробці шкірки гриба як біорозкладного субстрату для екологічно чистої електроніки.
Наразі всі електронні схеми, виготовлені з провідних металів, повинні лежати на ізолюючій та охолоджувальній основі, яка називається підкладкою. Майже у всіх комп'ютерних чіпах ця підкладка виготовлена з неперероблюваних пластикових полімерів, які часто викидаються після закінчення терміну служби чіпа.
Це сприяє тому, що щорічно утворюється 50 мільйонів тонн електронних відходів. Чудова термічна стабільність і електроізоляційна природа мережі роблять міцелієву шкіру дуже придатною біорозкладаною підкладкою для електронних схем.
«Саму підкладку найважче переробити», — каже Мартін Кальтенбруннер з Університету Йоганна Кеплера в Лінці, Німеччина. «Це також найбільше електроніки та найнижча вартість, тож якщо у вас є чіпи, які справді мають велику цінність, ви можете переробити їх. »
Дослідники виростили та обробили шкіру грибкового міцелію як альтернативний біорозкладаний матеріал субстрату.
Основою «шкіри» є грибок, який природним чином росте на мертвій листяній деревині в м’якому помірному кліматі. Вони мають високу термостійкість і гнучку форму, що дозволяє здійснювати пайку електронних компонентів і полегшує виготовлення електронних сенсорних плат. Крім того, вони витримують більше 2000 циклів згинання.
Міцелій можна використовувати навіть в акумуляторах малого споживання. Дослідники виявили, що батареї міцелію можуть живити автономні сенсорні пристрої, включаючи модуль Bluetooth і датчик наближення та вологості. Це важливий крок для сталого розвитку.
Зазначається, що шкірка не росла на інших грибах, які тестували дослідники. Коли вони витягли та висушили шкірку , то виявили, що вона гнучка, є добрим ізолятором, здатна витримувати температури понад 200 °C , а її товщина подібна до товщини аркуша паперу — хороші властивості для підкладки для мікросхем.
Оболонки дозволяють використовувати звичайні методи електронної обробки, включаючи фізичне осадження з парової фази та лазерне моделювання, щоб отримати електронні сліди з провідністю до 9,75 ± 1,44 × 104 См см-1. Гнучкі, відповідні електронні оболонки міцелію витримують понад 2000 циклів згинання та можуть бути зігнуті кілька разів із помірним збільшенням сили. Ми демонструємо, що батареї міцелію мають ємність до ~3,8 мА·год см-2, які використовуються для живлення автономних сенсорних пристроїв, включаючи модуль Bluetooth і датчик наближення та вологості.
Якщо захистити від вологи та ультрафіолетового випромінювання , шкіра, ймовірно, може прослужити сотні років і тому ідеально підійде для терміну служби електронних пристроїв. Важливо, що вона також може розкладатися в ґрунті приблизно за два тижні, що робить її легкою для переробки.
Про процес згадується, що інтегральні схеми (ІС) становлять більшу частину загальної маси друкованих плат (ПХБ) через високу щільність використовуваних металів, але важко зробити їх біорозкладні версії.
Звичайні друковані плати мобільних телефонів, наприклад, складаються з 63% за вагою металів, 24% за вагою з кераміки та 13% за вагою з полімерів.
Що стосується дизайнерської частини, то згадується наступне:
(A) Фотографія сенсорної плати, що складається з двоелементної міцелієвої батареї, модуля Bluetooth і датчика імпедансу з міжпальцевою електродною структурою.
(B) Відповідь імпедансу датчика сильно залежить від відносної вологості навколишнього середовища.
(C) Скоригована ємність і опір структури міжпальцевого датчика як функція частоти
(D) Блок-схема сенсорної плати, яка генерує та передає дані на зовнішній ПК під час бездротових експериментів.
(E) Наближення пальця до датчика викликає чіткі зміни ємності датчика.
(F) Реакція ємності датчика на повторне наближення пальців в (E)
(G) Всмоктування сенсорної пластини викликає чітко помітні зміни вологості.
(H) Реакція ємності на зміни вологості в (G)
(I) Аеробне розкладання субстратів MycelioTronic PCB відбувається протягом 2 тижнів у ґрунті для компостування.
(J) Масовий відсоток розкладеного субстрату PCB, показаного в (I), виміряний протягом 11 днів
Опублікована робота з біорозкладних інтегральних схем базується на біомасі та рослинних матеріалах, що призводить до повністю перехідної електронної конфігурації, яка включає біорозкладні елементи схеми.
Дослідники отримали когезійні металеві плівки на зібраній шкірі з шорсткістю поверхні Rrms 7,5 ± 1,8 мкм шляхом фізичного осадження під час випаровування, дозволяючи пост-обробку схеми.
Згодом плівки з відтворюваною суцільністю отримують шляхом осадження 400 нм міді як провідної маси з попереднім осадженням 3 нм хрому для кращої адгезії. Вони додатково покращують провідність шляхом нанесення додаткового шару золота товщиною 50 нм поверх початкового шару міді.
Завдяки цим останнім досягненням на основі грибів біорозкладні міцелієві оболонки можуть стати класом стійких альтернативних матеріалів для зеленого електронного майбутнього та дати подальший імпульс для екологічно чистих батарей та електроніки.
Зрештою, якщо ви зацікавлені дізнатися більше про це , ви можете знайти подробиці за наступним посиланням.