Les peaux de mycélium fongique peuvent être utilisées comme substrats pour les appareils électroniques, ont montré des physiciens et des scientifiques des matériaux en Autriche. L'équipe a utilisé les peaux minces pour créer des dispositifs de détection autonomes composés de batteries au mycélium, d'un capteur d'humidité et de proximité et d'un module de communication Bluetooth. En plus de fournir une surface flexible sur laquelle les circuits électriques peuvent être modelés, les peaux sont biodégradables et pourraient aider à réduire les déchets électroniques.
Les chercheurs ont produit les peaux de mycélium à partir du champignon Ganoderma lucidum, qui pousse sur du bois dur mort dans les climats tempérés doux. Pour créer des circuits électroniques, ils ont utilisé le dépôt physique en phase vapeur pour placer une fine couche de cuivre et d'or sur la peau. Le métal a ensuite été retiré de cette couche de surface par ablation au laser, laissant derrière lui des chemins conducteurs. Les chercheurs ont nommé cette nouvelle approche de création d'électronique flexible et biodégradable "MycelioTronics", décrivant leur travail dans Science Advances.
Le grand nombre d'appareils produits de nos jours, ainsi que leur durée de vie décroissante, entraînent d'énormes quantités de déchets électroniques, et les volumes augmentent rapidement. Selon le Moniteur mondial des déchets électroniques 2020, un record de 53.6 millions de tonnes de ces déchets électroniques ont été jetés en 2019 - un chiffre qui devrait passer à 74.7 millions de tonnes d'ici 2030.
On se concentre également de plus en plus sur le développement d'électronique flexible, pour des capteurs autonomes pour la surveillance de la santé, par exemple, qui ont une durée de vie de quelques jours ou semaines. Selon Martin Kaltenbrunner, physicien à l'Université Johannes Kepler, pour ces types d'électronique, les composants biodégradables seraient très avantageux.
« La seule chose qui est vraiment difficile à recycler, c'est la carte de circuit imprimé ou flexible… ils sont tout simplement trop bon marché et trop difficiles à séparer en leurs parties individuelles », explique Kaltenbrunner. Les scientifiques ont cherché à remplacer les cartes de circuits imprimés à base de polymères dans les dispositifs flexibles par du papier, mais Kaltenbrunner dit que ce n'est pas durable. La production de papier est trop gourmande en eau et en énergie.
Peaux semblables à du papier
Alors qu'ils travaillaient sur des matériaux à base de champignons pour l'isolation des bâtiments, Kaltenbrunner et ses collègues ont remarqué que les champignons produisaient une peau dense et compacte de mycélium, qui est un réseau de fils fongiques. Ces peaux ressemblaient à du papier et les scientifiques se sont demandé si elles pouvaient être utilisées pour des circuits imprimés souples.
L'équipe a cultivé des peaux de mycélium en recouvrant des copeaux de bois de hêtre humides inoculés avec Ganoderma lucidum avec une grille de séparation en polyéthylène et les conserver à 25°C. Après une croissance fongique suffisante, le séparateur a été arraché du substrat et la peau de mycélium a été soigneusement décollée du séparateur. Le mycélium humide a ensuite été séché et comprimé pour produire les peaux finales.
Après dépôt et ablation au laser de la couche métallique, les chercheurs ont testé les circuits imprimés en mycélium résultants. Ils ont découvert qu'ils avaient une conductivité et une stabilité thermique élevées et qu'ils étaient capables de résister à environ 2000 cycles de flexion avant que le film métallique ne commence à se fissurer et que la résistance électrique n'augmente. Les peaux pourraient également être pliées plusieurs fois avec seulement des augmentations modérées de résistance.
Ensuite, les chercheurs ont créé un plat, 2 cm2 batterie au mycélium, utilisant une peau de mycélium imbibée d'une solution d'électrolyte hautement conductrice d'ions (chlorure d'ammonium et chlorure de zinc) comme séparateur, et deux peaux de mycélium comme enveloppe extérieure. Cette structure fait qu'un pourcentage élevé de la batterie est biodégradable, affirment-ils.
Pour démontrer davantage leur concept, l'équipe a créé un dispositif électronique composé d'une batterie au mycélium, d'un module de communication de données Bluetooth et d'un capteur d'impédance soudé sur une carte de circuit imprimé en mycélium. Des tests ont montré que ce capteur était capable de détecter l'approche d'un doigt et les changements d'humidité dans une chambre climatique.
Les encres à base de carbone fabriquent les premiers transistors entièrement recyclables
Une fois les circuits terminés, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient retirer les composants réutilisables montés en surface à l'aide d'un pistolet thermique ou d'un fer à souder. Cela a laissé le circuit imprimé de mycélium, qui s'est désintégré dans un tas de compost. En 11 jours, il avait perdu 93% de sa masse sèche et après ce point, tous les restes étaient indiscernables du sol.
"Vous pouvez le mettre dans votre compost domestique", explique Kaltenbrunner Monde de la physique. Il explique que c'est l'avantage de leurs matériaux fongiques par rapport aux plastiques biodégradables qui nécessitent des conditions spécifiques pour se décomposer, "le mycélium est littéralement partout dans notre environnement naturel" et les peaux sont un produit entièrement naturel.
