Substraturile pe bază de ciuperci creează electronice flexibile și durabile

Pieile de miceliu fungic pot fi folosite ca substraturi pentru dispozitive electronice, au arătat fizicienii și oamenii de știință din Austria. Echipa a folosit pielea subțire pentru a crea dispozitive de detectare autonome constând din baterii de miceliu, un senzor de umiditate și proximitate și un modul de comunicare Bluetooth. Pe lângă faptul că oferă o suprafață flexibilă pentru ca circuitele electrice să fie modelate, învelișurile sunt biodegradabile și ar putea ajuta la reducerea deșeurilor electronice.

Cercetătorii au produs pielea de miceliu din ciupercă Ganoderma Lucidum, care crește pe lemn de esență tare mort în climat temperat blând. Pentru a crea circuite electronice, au folosit depunerea fizică de vapori pentru a plasa un strat subțire de cupru și aur pe piele. Metalul a fost apoi îndepărtat din acest strat de suprafață prin ablație cu laser, lăsând în urmă căi conductoare. Cercetătorii au numit această nouă abordare a creării de electronice flexibile și biodegradabile „MycelioTronics”, descriind munca lor în Avansuri de știință.

Numărul mare de dispozitive produse în zilele noastre, împreună cu durata lor de viață în scădere, duce la cantități enorme de deșeuri electronice, iar volumele cresc rapid. In conformitate cu Monitorul global al deșeurilor electronice 2020, un record de 53.6 milioane de tone de astfel de deșeuri electronice a fost aruncat în 2019 - o cifră care se estimează că va crește la 74.7 milioane de tone până în 2030.

Există, de asemenea, un accent din ce în ce mai pus pe dezvoltarea de electronice flexibile, pentru senzori autonomi pentru monitorizarea sănătății, de exemplu, care au durate de viață de doar zile sau săptămâni. Conform Martin Kaltenbrunner, fizician la Universitatea Johannes Kepler, pentru aceste tipuri de electronice, componentele biodegradabile ar fi foarte avantajoase.

„Singurul lucru care este cu adevărat greu de reciclat este placa de circuit flexibilă sau imprimată... sunt prea ieftine și prea greu de separat în părțile lor individuale”, explică Kaltenbrunner. Oamenii de știință au încercat să înlocuiască plăcile de circuite pe bază de polimeri în dispozitivele flexibile cu hârtie, dar Kaltenbrunner spune că acest lucru nu este sustenabil. Producția de hârtie consumă prea mult apă și energie.

Piei asemănătoare hârtiei

În timp ce lucrau la materiale pe bază de ciuperci pentru izolarea clădirilor, Kaltenbrunner și colegii săi au observat că ciupercile produceau o piele densă și compactă de miceliu, care este o rețea de fire fungice. Aceste piei arătau ca hârtie, iar oamenii de știință s-au întrebat dacă ar putea fi folosite pentru plăci de circuite flexibile.

Echipa a crescut piei de miceliu acoperind așchii umed de lemn de fag inoculați Ganoderma Lucidum cu grila separatoare din polietilena si depozitarea lor la 25°C. După creșterea fungică suficientă, separatorul a fost smuls de pe substrat și pielea de miceliu a fost îndepărtată cu grijă de pe separator. Miceliul umed a fost apoi uscat și comprimat pentru a produce pielea finală.

După depunerea și ablația cu laser a stratului de metal, cercetătorii au testat plăcile de circuite de miceliu rezultate. Ei au descoperit că aveau conductivitate și stabilitate termică ridicate și au fost capabili să reziste în jur de 2000 de cicluri de îndoire înainte ca filmul de metal să înceapă să se crape și să crească rezistența electrică. Pieile ar putea fi, de asemenea, pliate de mai multe ori cu doar creșteri moderate ale rezistenței.

Apoi, cercetătorii au creat un plat, de 2 cm² baterie de miceliu, folosind o piele de miceliu înmuiată într-o soluție de electrolit cu conducție ridicată de ioni (clorură de amoniu și clorură de zinc) ca separator și două învelișuri de miceliu ca carcasă exterioară. Această structură are ca rezultat un procent mare din baterie să fie biodegradabilă, susțin ei.

Pentru a-și demonstra în continuare conceptul, echipa a creat un dispozitiv electronic constând dintr-o baterie de miceliu, un modul de comunicare de date Bluetooth și un senzor de impedanță lipit pe o placă de circuit de miceliu. Testele au arătat că acest dispozitiv cu senzor a fost capabil să detecteze un deget care se apropie și schimbările de umiditate într-o cameră climatică.

Odată ce au terminat cu circuitele, cercetătorii au descoperit că pot îndepărta componentele reutilizabile montate pe suprafață folosind un pistol termic sau un fier de lipit. Acest lucru a lăsat placa de circuit de miceliu, care s-a dezintegrat într-o grămadă de compost. În 11 zile, pierduse 93% din masa sa uscată și după acest moment orice rămășițe nu se putea distinge de sol.

„Îl poți pune în compostul de uz casnic”, spune Kaltenbrunner Lumea fizicii. El explică că acesta este avantajul materialelor lor fungice față de materialele plastice biodegradabile care necesită condiții specifice pentru defalcare, „miceliul este literalmente peste tot în mediul nostru natural” iar pielea este un produs complet natural.