Шкурки грибкового мицелия можно использовать в качестве субстрата для электронных устройств, как показали физики и материаловеды из Австрии. Команда использовала тонкие скины для создания автономных сенсорных устройств, состоящих из мицелиевых батарей, датчика влажности и приближения и модуля связи Bluetooth. Помимо обеспечения гибкой поверхности для нанесения электрических цепей, кожухи биоразлагаемы и могут помочь сократить количество электронных отходов.
Исследователи изготовили кожуру мицелия гриба. Ganoderma Lucidum, который растет на мертвой древесине лиственных пород в мягком умеренном климате. Для создания электронных схем они использовали физическое осаждение из паровой фазы, чтобы нанести на кожу тонкий слой меди и золота. Затем металл удаляли из этого поверхностного слоя с помощью лазерной абляции, оставляя после себя проводящие дорожки. Исследователи назвали этот новый подход к созданию гибкой и биоразлагаемой электроники «MycelioTronics», описав свою работу в Наука развивается.
Огромное количество устройств, производимых в настоящее время, наряду с их сокращающимся сроком службы, приводит к огромному количеству электронных отходов, и их объемы быстро растут. Согласно Глобальный мониторинг электронных отходов 2020, в 53.6 году было выброшено рекордное количество таких электронных отходов — 2019 млн тонн, а к 74.7 году эта цифра, по прогнозам, увеличится до 2030 млн тонн.
Также все больше внимания уделяется разработке гибкой электроники, например, автономных датчиков для мониторинга состояния здоровья, срок службы которых составляет всего несколько дней или недель. Согласно с Мартин Кальтенбруннер, физик из Университета Иоганна Кеплера, для этих типов электроники биоразлагаемые компоненты были бы очень выгодны.
«Единственная вещь, которую действительно сложно перерабатывать, — это гибкие или печатные платы… они слишком дешевы и их слишком сложно разделить на отдельные части», — объясняет Кальтенбруннер. Ученые рассматривают возможность замены печатных плат на полимерной основе в гибких устройствах на бумагу, но Кальтенбруннер говорит, что это нецелесообразно. Производство бумаги требует слишком много воды и энергии.
Бумажные скины
Работая над материалами на основе грибов для изоляции зданий, Кальтенбруннер и его коллеги заметили, что грибы производят плотную и компактную оболочку мицелия, которая представляет собой сеть грибковых нитей. Эти шкуры выглядели как бумага, и ученые задались вопросом, можно ли их использовать для гибких печатных плат.
Команда вырастила кожуру мицелия, покрыв влажную стружку бука, инокулированную Ganoderma Lucidum полиэтиленовой сепараторной сеткой и хранением при 25°С. После достаточного роста грибов сепаратор отрывали от субстрата и осторожно снимали кожуру мицелия с сепаратора. Затем влажный мицелий сушили и прессовали для получения окончательной кожицы.
После нанесения и лазерной абляции металлического слоя исследователи протестировали получившиеся мицелиевые печатные платы. Они обнаружили, что они обладают высокой проводимостью и термической стабильностью и способны выдерживать около 2000 циклов изгиба, прежде чем металлическая пленка начнет трескаться, а электрическое сопротивление увеличится. Шкуры также можно было сложить несколько раз только с умеренным увеличением сопротивления.
Далее исследователи создали плоский, 2 см2 батарея мицелия, использующая кожуру мицелия, пропитанную раствором электролита с высокой ионной проводимостью (хлорид аммония и хлорид цинка) в качестве сепаратора, и две оболочки мицелия в качестве внешней оболочки. Эта структура приводит к тому, что большая часть батареи является биоразлагаемой, утверждают они.
Чтобы еще больше продемонстрировать свою концепцию, команда создала электронное устройство, состоящее из мицелиевой батареи, модуля передачи данных Bluetooth и датчика импеданса, припаянного к печатной плате мицелия. Испытания показали, что это сенсорное устройство способно обнаруживать приближающийся палец и изменение влажности в климатической камере.
Чернила на углеродной основе делают первые полностью перерабатываемые транзисторы
После того, как они закончили со схемами, исследователи обнаружили, что они могут удалить многоразовые компоненты поверхностного монтажа с помощью тепловой пушки или паяльника. Это оставило печатную плату мицелия, которая распалась в куче компоста. В течение 11 дней он потерял 93% своей сухой массы, и после этого все остатки были неотличимы от почвы.
«Вы можете поместить его в домашний компост», — говорит Кальтенбруннер. Мир физики. Он объясняет, что это преимущество их грибковых материалов по сравнению с биоразлагаемым пластиком, который требует особых условий для разложения, «мицелий буквально повсюду в нашей естественной среде», а кожа — полностью натуральный продукт.
