يمكن استخدام جلود الفطريات الفطرية كركائز للأجهزة الإلكترونية ، كما أوضح علماء الفيزياء وعلماء المواد في النمسا. استخدم الفريق الجلود الرفيعة لإنشاء أجهزة استشعار مستقلة تتكون من بطاريات الفطريات ، ومستشعر الرطوبة والقرب ، ووحدة اتصال Bluetooth. بالإضافة إلى توفير سطح مرن للدوائر الكهربائية ليتم نقشها ، فإن الجلود قابلة للتحلل البيولوجي ويمكن أن تساعد في تقليل النفايات الإلكترونية.
أنتج الباحثون جلود الفطريات من الفطريات غانوديرما، الذي ينمو على الخشب الصلب الميت في المناخات المعتدلة. لإنشاء دوائر إلكترونية ، استخدموا الترسيب الفيزيائي للبخار لوضع طبقة رقيقة من النحاس والذهب على الجلد. ثم تمت إزالة المعدن من هذه الطبقة السطحية عن طريق الاستئصال بالليزر ، تاركًا وراءه مسارات موصلة. أطلق الباحثون على هذا النهج الجديد لإنشاء إلكترونيات مرنة وقابلة للتحلل الحيوي "MycelioTronics" ، واصفين عملهم في علم السلف.
يؤدي العدد الهائل من الأجهزة التي يتم إنتاجها في الوقت الحاضر ، إلى جانب أعمارها المتناقصة ، إلى كميات هائلة من النفايات الإلكترونية ، وتتزايد الأحجام بسرعة. بحسب ال المرصد العالمي للمخلفات الإلكترونية 2020، تم التخلص من 53.6 مليون طن من هذه النفايات الإلكترونية في عام 2019 - وهو رقم من المتوقع أن يرتفع إلى 74.7 مليون طن بحلول عام 2030.
هناك أيضًا تركيز متزايد على تطوير الإلكترونيات المرنة ، لأجهزة الاستشعار المستقلة لمراقبة الصحة ، على سبيل المثال ، التي لها عمر افتراضي لأيام أو أسابيع فقط. وفق مارتن كالتنبرونر، عالم فيزياء في جامعة يوهانس كيبلر ، بالنسبة لهذه الأنواع من الإلكترونيات ، فإن المكونات القابلة للتحلل البيولوجي ستكون مفيدة للغاية.
يوضح كالتنبرونر قائلاً: "الشيء الوحيد الذي يصعب إعادة تدويره حقًا هو لوحة الدوائر المرنة أو المطبوعة ... إنها رخيصة جدًا ويصعب فصلها إلى أجزائها الفردية". كان العلماء يبحثون في استبدال لوحات الدوائر القائمة على البوليمر بأجهزة مرنة بالورق ، لكن كالتنبرونر يقول إن هذا غير مستدام. إن إنتاج الورق يستهلك الكثير من المياه والطاقة.
جلود تشبه الورق
أثناء العمل على المواد القائمة على الفطر لعزل المباني ، لاحظ كالتنبرونر وزملاؤه أن الفطريات تنتج جلدًا كثيفًا ومضغوطًا من الفطريات ، وهي شبكة من الخيوط الفطرية. بدت هذه الجلود مثل الورق وتساءل العلماء عما إذا كان يمكن استخدامها في لوحات الدوائر المرنة.
قام الفريق بتنمية جلود الفطريات من خلال تغطية نشارة خشب الزان الرطبة الملقحة غانوديرما بشبكة فاصل من البولي إيثيلين وتخزينها عند 25 درجة مئوية. بعد نمو فطري كافٍ ، تم فصل الفاصل عن الركيزة وتم تقشير الجلد الفطري بعناية من الفاصل. تم بعد ذلك تجفيف الفطريات الرطبة وضغطها لإنتاج القشرة النهائية.
بعد ترسيب الطبقة المعدنية واستئصالها بالليزر ، اختبر الباحثون لوحات الدوائر الفطرية الناتجة. وجدوا أن لديهم موصلية عالية واستقرار حراري ، وكانوا قادرين على تحمل حوالي 2000 دورة انحناء قبل أن يبدأ الفيلم المعدني في التصدع وتزداد المقاومة الكهربائية. يمكن أيضًا طي الجلود عدة مرات بزيادات معتدلة في المقاومة.
بعد ذلك ، ابتكر الباحثون شقة ، 2 سم2 بطارية mycelium ، باستخدام جلد الميسيليوم المنقوع في محلول إلكتروليت عالي التوصيل (كلوريد الأمونيوم وكلوريد الزنك) كالفاصل ، واثنين من جلود الميسيليوم كغلاف خارجي. يزعمون أن هذا الهيكل ينتج عنه نسبة عالية من البطارية قابلة للتحلل البيولوجي.
لإثبات مفهومهم بشكل أكبر ، ابتكر الفريق جهازًا إلكترونيًا يتكون من بطارية mycelium ووحدة اتصال بيانات Bluetooth ومستشعر مقاومة ملحومًا بلوحة دائرة mycelium. أظهرت الاختبارات أن جهاز الاستشعار هذا كان قادرًا على اكتشاف اقتراب الإصبع والتغيرات في الرطوبة في غرفة المناخ.
تنتج الأحبار الكربونية أول ترانزستورات قابلة لإعادة التدوير بالكامل
بمجرد الانتهاء من الدوائر ، وجد الباحثون أنه يمكنهم إزالة المكونات القابلة لإعادة الاستخدام المثبتة على السطح باستخدام مسدس حراري أو حديد لحام. ترك هذا لوحة الدوائر الميسيليوم ، التي تفككت في كومة السماد. في غضون 11 يومًا ، فقد 93 ٪ من كتلته الجافة ، وبعد هذه النقطة كان لا يمكن تمييز أي بقايا عن التربة.
يقول كالتنبرونر: "يمكنك وضعها في سماد منزلك" عالم الفيزياء. يوضح أن هذه هي ميزة موادها الفطرية على المواد البلاستيكية القابلة للتحلل والتي تتطلب ظروفًا معينة للتحلل ، "الفطريات موجودة في كل مكان في بيئتنا الطبيعية" وأن الجلود منتج طبيعي تمامًا.
