Itävallan fyysikot ja materiaalitutkijat ovat osoittaneet, että sienirihmastonahoja voidaan käyttää substraatteina elektronisille laitteille. Tiimi käytti ohuita kuoria luodakseen autonomisia anturilaitteita, jotka koostuivat rihmastoparistoista, kosteus- ja läheisyysanturista sekä Bluetooth-viestintämoduulista. Sen lisäksi, että kuoret tarjoavat joustavan pinnan sähköpiirien kuviointia varten, ne ovat biohajoavia ja voivat auttaa vähentämään elektroniikkaromua.
Tutkijat tuottivat sienestä rihmastot Ganoderma lucidum, joka kasvaa kuolleella lehtipuulla lauhkeassa ilmastossa. Elektronisten piirien luomiseksi he käyttivät fyysistä höyrypinnoitusta ohuen kerroksen kuparia ja kultaa asettaen iholle. Metalli poistettiin sitten tästä pintakerroksesta laserablaatiolla jättäen jälkeensä johtavia polkuja. Tutkijat nimesivät tämän uudenlaisen lähestymistavan joustavan ja biohajoavan elektroniikan luomiseen "MycelioTronics" kuvaillen heidän työtään Tiede ennakot.
Nykyään valmistettavien laitteiden valtava määrä ja niiden käyttöiän lyheneminen johtavat valtaviin määriin elektroniikkaromua, ja määrät kasvavat nopeasti. Mukaan Global E-Waste Monitor 2020, ennätysmäärä 53.6 miljoonaa tonnia tällaista sähköjätettä heitettiin pois vuonna 2019 – määrän ennustetaan kasvavan 74.7 miljoonaan tonniin vuoteen 2030 mennessä.
Myös joustavan elektroniikan kehittämiseen kiinnitetään yhä enemmän huomiota esimerkiksi terveyden seurantaan tarkoitettuihin autonomisiin antureihin, joiden käyttöikä on vain päiviä tai viikkoja. Mukaan Martin Kaltenbrunner, Johannes Keplerin yliopiston fyysikko, tämän tyyppisissä elektroniikassa biohajoavat komponentit olisivat erittäin edullisia.
"Yksi asia, jota on todella vaikea kierrättää, on joustava tai painettu piirilevy... ne ovat vain liian halpoja ja liian vaikeita erottaa yksittäisiin osiin", Kaltenbrunner selittää. Tutkijat ovat pohtineet polymeeripohjaisten piirilevyjen korvaamista joustavissa laitteissa paperilla, mutta Kaltenbrunner sanoo, että tämä ei ole kestävää. Paperintuotanto on liian vesi- ja energiaintensiivistä.
Paperimaiset nahat
Työskennellessään sienipohjaisten materiaalien parissa rakennusten eristykseen Kaltenbrunner ja hänen kollegansa huomasivat, että sienet tuottivat tiheän ja tiiviin rihmaston ihon, joka on sienilankojen verkosto. Nämä nahat näyttivät paperilta, ja tutkijat ihmettelivät, voitaisiinko niitä käyttää joustaviin piirilevyihin.
Ryhmä kasvatti rihmastonahoja peittämällä kosteat pyökkipuulastut, joihin oli inokuloitu Ganoderma lucidum polyetyleenierottimella ja varastoimalla ne 25°C:ssa. Riittävän sienikasvun jälkeen erotin revittiin irti substraatista ja rihmasto kuorittiin varovasti erottimesta. Sitten märkä myseeli kuivattiin ja puristettiin lopullisen kuoren tuottamiseksi.
Metallikerroksen laskeutumisen ja laserablaation jälkeen tutkijat testasivat tuloksena olevia rihmastolevyjä. He havaitsivat, että niillä oli korkea johtavuus ja lämmönkestävyys, ja ne kestivät noin 2000 taivutusjaksoa ennen kuin metallikalvo alkoi halkeilla ja sähkövastus kasvoi. Nahat voitiin myös taittaa useita kertoja, jolloin vastus lisääntyi vain kohtalaisesti.
Seuraavaksi tutkijat loivat tasaisen, 2 cm2 myseeliakku, jossa käytetään erittäin ioneja johtavaan elektrolyyttiliuokseen (ammoniumkloridi ja sinkkikloridi) kastettua rihmastoa erottimena ja kahta rihmastokuorta ulkokuorena. Tämä rakenne johtaa siihen, että suuri osa akusta on biohajoavaa, he väittävät.
Esittelemään konseptiaan edelleen tiimi loi elektronisen laitteen, joka koostui rihmastoakusta, Bluetooth-tietoliikennemoduulista ja impedanssisensorista, joka oli juotettu rihmastopiirilevylle. Testit osoittivat, että tämä anturilaite pystyi havaitsemaan lähestyvän sormen ja kosteuden muutokset ilmastokammiossa.
Hiilipohjaisista musteista saadaan ensimmäiset täysin kierrätettävät transistorit
Kun he olivat saaneet piirit valmiiksi, tutkijat havaitsivat, että he pystyivät poistamaan uudelleen käytettävät pinta-asennetut komponentit lämpöpistoolilla tai juotosraudalla. Tästä jäi myseelipiirilevy, joka hajosi kompostikasaan. 11 päivässä se oli menettänyt 93 % kuivamassastaan ja tämän pisteen jälkeen kaikki jäännökset eivät olleet erotettavissa maaperästä.
"Voit laittaa sen kotitalouskompostiin", Kaltenbrunner kertoo Fysiikan maailma. Hän selittää, että tämä on niiden sienimateriaalien etu verrattuna biohajoaviin muoveihin, joiden hajoaminen vaatii erityisiä olosuhteita, "rihmastoa on kirjaimellisesti kaikkialla luonnollisessa ympäristössämme" ja nahat ovat täysin luonnollinen tuote.
