Fizycy i materiałoznawcy z Austrii wykazali, że skórki grzybni mogą być wykorzystywane jako substraty dla urządzeń elektronicznych. Zespół wykorzystał cienkie warstwy do stworzenia autonomicznych urządzeń czujnikowych składających się z baterii grzybni, czujnika wilgotności i zbliżeniowego oraz modułu komunikacyjnego Bluetooth. Oprócz zapewniania elastycznej powierzchni dla obwodów elektrycznych, na których można wzorować, skórki są biodegradowalne i mogą pomóc w zmniejszeniu ilości odpadów elektronicznych.
Naukowcy wyprodukowali skórki grzybni z grzyba Ganoderma lucidum, który rośnie na martwym drewnie liściastym w łagodnym klimacie umiarkowanym. Aby stworzyć obwody elektroniczne, wykorzystali fizyczne osadzanie z fazy gazowej, aby umieścić cienką warstwę miedzi i złota na skórze. Metal został następnie usunięty z tej warstwy powierzchniowej za pomocą ablacji laserowej, pozostawiając ścieżki przewodzące. Naukowcy nazwali to nowatorskie podejście do tworzenia elastycznej i biodegradowalnej elektroniki „MycelioTronics”, opisując swoją pracę Postępy nauki.
Ogromna liczba produkowanych obecnie urządzeń wraz z ich malejącą żywotnością prowadzi do ogromnych ilości odpadów elektronicznych, których ilość gwałtownie rośnie. Według Globalny Monitor E-odpadów 2020, w 53.6 roku wyrzucono rekordową liczbę 2019 miliona ton takich e-odpadów – liczba ta ma wzrosnąć do 74.7 miliona ton do 2030 roku.
Coraz większy nacisk kładzie się również na rozwój elastycznej elektroniki, na przykład autonomicznych czujników do monitorowania zdrowia, których żywotność wynosi zaledwie kilka dni lub tygodni. Według Martina Kaltenbrunnera, fizyk z Uniwersytetu Johannesa Keplera, dla tego typu elektroniki bardzo korzystne byłyby komponenty biodegradowalne.
„Jedyną rzeczą, którą naprawdę trudno poddać recyklingowi, są elastyczne lub drukowane płytki drukowane… są one po prostu zbyt tanie i zbyt trudne do rozdzielenia na poszczególne części” — wyjaśnia Kaltenbrunner. Naukowcy zastanawiali się nad zastąpieniem płytek drukowanych na bazie polimerów w elastycznych urządzeniach papierem, ale Kaltenbrunner twierdzi, że nie jest to zrównoważone. Produkcja papieru jest zbyt wodo- i energochłonna.
Skórki przypominające papier
Pracując nad materiałami na bazie grzybów do izolacji budynków, Kaltenbrunner i jego współpracownicy zauważyli, że grzyby wytwarzają gęstą i zwartą skórkę grzybni, która jest siecią nitek grzybów. Te skórki wyglądały jak papier i naukowcy zastanawiali się, czy można ich użyć do elastycznych płytek drukowanych.
Zespół wyhodował skórki grzybni, pokrywając wilgotne wióry z drewna bukowego zaszczepione Ganoderma lucidum z polietylenową siatką oddzielającą i przechowywać je w temperaturze 25°C. Po wystarczającym wzroście grzybów separator odrywano od podłoża i ostrożnie zdejmowano z separatora skórkę grzybni. Mokrą grzybnię następnie wysuszono i sprasowano w celu wytworzenia końcowych skórek.
Po osadzeniu i ablacji laserowej warstwy metalu naukowcy przetestowali powstałe płytki obwodów z grzybni. Odkryli, że mają wysoką przewodność i stabilność termiczną oraz są w stanie wytrzymać około 2000 cykli zginania, zanim metalowa warstwa zacznie pękać i wzrośnie opór elektryczny. Skóry można było również złożyć kilka razy przy jedynie umiarkowanym wzroście oporu.
Następnie badacze stworzyli płaski, 2 cm2 baterię grzybni, wykorzystującą skórkę grzybni nasączoną roztworem elektrolitu o wysokim przewodnictwie jonowym (chlorek amonu i chlorek cynku) jako separator oraz dwie skórki grzybni jako osłonę zewnętrzną. Twierdzą, że ta struktura powoduje, że wysoki procent baterii ulega biodegradacji.
Aby jeszcze bardziej zademonstrować swoją koncepcję, zespół stworzył urządzenie elektroniczne składające się z baterii grzybni, modułu komunikacji danych Bluetooth i czujnika impedancji przylutowanego do płytki drukowanej grzybni. Testy wykazały, że to urządzenie czujnikowe było w stanie wykryć zbliżający się palec i zmiany wilgotności w komorze klimatycznej.
Atramenty na bazie węgla tworzą pierwsze w pełni nadające się do recyklingu tranzystory
Kiedy skończyli z obwodami, naukowcy odkryli, że mogą usunąć elementy wielokrotnego użytku do montażu powierzchniowego za pomocą opalarki lub lutownicy. To pozostawiło płytkę drukowaną grzybni, która rozpadła się w kupie kompostu. W ciągu 11 dni stracił 93% swojej suchej masy i po tym czasie wszelkie pozostałości były nie do odróżnienia od gleby.
„Możesz umieścić go w domowym kompoście” — mówi Kaltenbrunner Świat Fizyki. Wyjaśnia, że na tym polega przewaga ich grzybowych materiałów nad tworzywami biodegradowalnymi, które wymagają określonych warunków do rozkładu, „grzybnia jest dosłownie wszędzie w naszym naturalnym środowisku”, a skórki są produktem całkowicie naturalnym.
