Đề xuất sử dụng sợi nấm da cho thiết bị điện tử bền vững
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Johannes Kepler ở Linz, Áo đã tạo ra một loại thiết bị điện tử có thể phân hủy sinh học mới mà họ gọi là MycelioTronics. Và nó có tiềm năng lớn để giảm rác thải điện tử gây ra các loại phần cứng.
Mới khái niệm dựa trên việc nuôi trồng và chế biến da từ một loại nấm như vật liệu nền phân hủy sinh học cho thiết bị điện tử xanh.
và là cái gìe hiện nay tất cả các mạch điện tử, được làm bằng kim loại dẫn điện, chúng phải nằm trên một đế cách nhiệt và làm mát gọi là đế. Trong hầu hết tất cả các chip máy tính, chất nền này được làm bằng nhựa polyme không thể tái chế, thường thải bỏ khi hết thời gian sử dụng của một con chip
Điều này góp phần tạo ra 50 triệu tấn chất thải điện tử mỗi năm. Tính ổn định nhiệt tuyệt vời và bản chất cách điện của mạng lưới tính năng làm cho lớp sợi nấm trở thành chất nền có khả năng phân hủy sinh học rất phù hợp cho mạch điện tử.
Martin Kaltenbrunner của Đại học Johannes Kepler ở Linz, Đức cho biết: “Bản thân chất nền là thứ khó tái chế nhất. “Đó cũng là đồ điện tử nhất và có giá trị thấp nhất, vì vậy nếu bạn có một số con chip thực sự có nhiều giá trị, bạn có thể muốn tái chế chúng. »
Các nhà nghiên cứu đã phát triển và xử lý vỏ sợi nấm như một vật liệu nền có thể phân hủy sinh học thay thế.
"Da" dựa trên một loại nấm mọc tự nhiên trên gỗ cứng đã chết ở vùng khí hậu ôn hòa. Chúng có độ ổn định nhiệt cao và hình dạng linh hoạt, cho phép hàn các linh kiện điện tử và tạo điều kiện sản xuất bảng cảm biến điện tử. Ngoài ra, chúng có thể chịu được hơn 2000 chu kỳ uốn.
Sợi nấm có thể được sử dụng ngay cả trong pin tiêu thụ thấp. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng pin sợi nấm có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị cảm biến tự trị, bao gồm mô-đun Bluetooth và cảm biến độ gần và độ ẩm. Đây là một bước quan trọng cho sự bền vững.
Người ta đề cập rằng da không mọc trên các loại nấm khác mà các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm. Khi họ chiết xuất và làm khô da, họ nhận thấy rằng nó mềm dẻo, cách nhiệt tốt, có thể chịu được nhiệt độ hơn 200°C và nó có độ dày bằng một tờ giấy, đặc tính tốt cho chất nền mạch.
Da cho phép sử dụng các kỹ thuật xử lý điện tử phổ biến, bao gồm lắng đọng hơi vật lý và tạo khuôn laser, để thu được dấu vết điện tử có độ dẫn điện lên tới 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1. Lớp da điện tử linh hoạt, phù hợp của Mycelium chịu được hơn 2000 chu kỳ uốn và có thể uốn cong nhiều lần với lực tăng vừa phải. Chúng tôi chứng minh rằng pin sợi nấm có dung lượng lên đến ~3,8 mAh cm-2 được dùng để cấp nguồn cho các thiết bị cảm biến tự trị, bao gồm mô-đun Bluetooth và cảm biến độ gần và độ ẩm.
Nếu nó được tránh xa độ ẩm và tia UV, da có lẽ có thể tồn tại hàng trăm năm và do đó sẽ là hoàn hảo cho tuổi thọ của một thiết bị điện tử. Điều quan trọng cần lưu ý là cũng nó có thể phân hủy trong đất trong khoảng hai tuần, mà làm cho nó dễ dàng tái chế.
Về quy trình, người ta đề cập rằng mạch tích hợp (IC) chiếm phần lớn tổng khối lượng của bảng mạch in (PCB), do mật độ kim loại được sử dụng cao, nhưng rất khó để tạo ra các phiên bản phân hủy sinh học của chúng.
Ví dụ, các bảng mạch in của điện thoại di động thông thường bao gồm 63% trọng lượng là kim loại, 24% trọng lượng là gốm và 13% trọng lượng là polyme.
Về phần thiết kế, có đề cập như sau:
(A) Ảnh chụp bảng cảm biến bao gồm pin sợi nấm hai ô, mô-đun Bluetooth và cảm biến trở kháng có cấu trúc điện cực liên kỹ thuật số.
(B) Đáp ứng trở kháng của cảm biến phụ thuộc nhiều vào độ ẩm tương đối của môi trường.
(C) Công suất và điện trở được điều chỉnh của cấu trúc cảm biến liên kỹ thuật số như một hàm của tần số
(D) Sơ đồ khối của bảng cảm biến tạo và truyền dữ liệu sang PC bên ngoài trong quá trình thử nghiệm không dây.
(E) Một ngón tay tiếp cận cảm biến tạo ra những thay đổi rõ ràng về điện dung của cảm biến.
(F) Đáp ứng của điện dung cảm biến đối với cách tiếp cận lặp đi lặp lại của các ngón tay trong (E)
(G) Lực hút trên tấm cảm biến gây ra những thay đổi về độ ẩm có thể phát hiện rõ ràng.
(H) Đáp ứng của điện dung với sự thay đổi độ ẩm trong (G)
(I) Sự phân hủy hiếu khí của chất nền MycelioTronic PCB xảy ra trong vòng 2 tuần trong đất ủ phân.
(J) Phần trăm khối lượng của chất nền PCB đang phân hủy thể hiện trong (I) được đo trong 11 ngày
tác phẩm đã xuất bản trên mạch tích hợp phân hủy sinh học dựa trên sinh khối và nguyên liệu thực vật, dẫn đến một cấu hình điện tử hoàn toàn thoáng qua bao gồm các phần tử mạch có thể phân hủy.
Các nhà nghiên cứu đã thu được màng kim loại kết dính trên da được thu hoạch với độ nhám bề mặt Rrms là 7,5 ± 1,8 μm bằng cách lắng đọng vật lý trong quá trình hóa hơi, cho phép xử lý hậu kỳ mạch điện.
Sau đó, các màng có tính liên tục có thể tái tạo thu được bằng cách lắng đọng đồng 400 nm làm khối dẫn điện, với sự lắng đọng crom 3 nm để có độ bám dính tốt hơn. Họ tiếp tục cải thiện độ dẫn điện bằng cách phủ thêm một lớp vàng dày 50 nm lên trên lớp đồng ban đầu.
Với những tiến bộ dựa trên nấm gần đây này, vỏ sợi nấm có thể phân hủy sinh học có thể nổi lên như một loại vật liệu thay thế bền vững cho một tương lai điện tử xanh và cung cấp thêm động lực hướng tới pin và thiết bị điện tử bền vững.
Cuối cùng nếu bạn muốn biết thêm về nó, bạn có thể kiểm tra các chi tiết trong liên kết theo dõi.