Фізики та матеріалознавці з Австрії показали, що шкіру грибкового міцелію можна використовувати як субстрат для електронних пристроїв. Команда використовувала тонкі оболонки для створення автономних сенсорних пристроїв, що складаються з міцелієвих батарей, датчика вологості та наближення, а також модуля зв’язку Bluetooth. Окрім гнучкої поверхні для нанесення візерунків на електричні схеми, оболонки є біологічно розкладаними та можуть допомогти скоротити електронні відходи.
Дослідники виготовили оболонки міцелію з гриба Ganoderma Lucidum, яка росте на відмерлій листяній деревині в м’якому помірному кліматі. Для створення електронних схем вони використовували фізичне осадження з парової фази, щоб нанести на шкіру тонкий шар міді та золота. Потім метал видаляли з цього поверхневого шару за допомогою лазерної абляції, залишаючи провідні шляхи. Дослідники назвали цей новий підхід до створення гнучкої та біорозкладаної електроніки «MycelioTronics», описуючи свою роботу в Наука розвивається.
Величезна кількість пристроїв, що виробляються сьогодні, разом із скороченням терміну служби призводить до величезної кількості електронного сміття, і його обсяги стрімко зростають. Відповідно з Глобальний монітор електронних відходів 2020, у 53.6 році було викинуто рекордні 2019 мільйона тонн таких електронних відходів – прогнозується, що до 74.7 року цей показник зросте до 2030 мільйона тонн.
Також все більше уваги приділяється розробці гнучкої електроніки, наприклад, для автономних датчиків для моніторингу стану здоров’я, термін служби яких складає всього кілька днів або тижнів. Згідно з Мартін Кальтенбруннер, фізик з Університету Йоганна Кеплера, для цих типів електроніки біорозкладні компоненти були б дуже вигідними.
«Єдина річ, яку справді важко переробити, — це гнучка чи друкована плата… вони просто надто дешеві, і їх надто важко розділити на окремі частини», — пояснює Кальтенбруннер. Вчені розглядають можливість заміни друкованих плат на полімерній основі в гнучких пристроях папером, але Кальтенбруннер каже, що це невигідно. Виробництво паперу занадто водо- та енергоємне.
Паперові шкури
Працюючи над матеріалами на основі грибів для ізоляції будівель, Кальтенбруннер і його колеги помітили, що гриби виробляють щільну і компактну оболонку міцелію, яка є мережею грибкових ниток. Ці оболонки виглядали як папір, і вчені задумалися, чи можна їх використовувати для гнучких друкованих плат.
Команда виростила шкірки міцелію, покриваючи вологу букову деревну стружку, інокульовану Ganoderma Lucidum з поліетиленовою сепараторною сіткою та зберігання при 25°С. Після достатнього росту грибів сепаратор відривали від субстрату, а шкіру міцелію обережно знімали з сепаратора. Вологий міцелій потім висушували та стискали для отримання кінцевих оболонок.
Після осадження та лазерної абляції металевого шару дослідники протестували отримані міцелієві плати. Вони виявили, що вони мають високу провідність і термічну стабільність і здатні витримувати близько 2000 циклів згинання, перш ніж металева плівка почне тріскатися і електричний опір збільшиться. Шкіри також можна було скласти кілька разів лише з помірним збільшенням опору.
Далі дослідники створили пласку 2 см2 міцелієву батарею, використовуючи оболонку міцелію, змочену розчином електроліту з високою іонопровідністю (хлорид амонію та хлорид цинку) як сепаратор, і дві оболонки міцелію як зовнішню оболонку. Вони стверджують, що така структура призводить до того, що високий відсоток батареї піддається біологічному розкладанню.
Для подальшої демонстрації своєї концепції команда створила електронний пристрій, що складається з міцелієвої батареї, модуля передачі даних Bluetooth і датчика опору, припаяного до міцелієвої плати. Випробування показали, що цей сенсорний пристрій здатний виявити наближення пальця та зміни вологості в кліматичній камері.
Чорнила на основі вуглецю створюють перші транзистори, які можна повністю переробити
Після того, як вони закінчили зі схемами, дослідники виявили, що можуть видалити багаторазові компоненти поверхневого монтажу за допомогою теплової гармати або паяльника. Це залишило плату міцелію, яка розпалася в компостній купі. Протягом 11 днів він втратив 93% своєї сухої маси, і після цього моменту будь-які залишки було неможливо відрізнити від ґрунту.
«Ви можете помістити його у свій домашній компост», — каже Кальтенбруннер Світ фізики. Він пояснює, що це перевага їхніх грибкових матеріалів перед біорозкладаними пластиками, які потребують спеціальних умов для розкладання, «міцелій буквально скрізь у нашому природному середовищі», а шкіра є повністю натуральним продуктом.
