Các nhà vật lý và nhà khoa học vật liệu ở Áo đã chỉ ra rằng da sợi nấm có thể được sử dụng làm chất nền cho các thiết bị điện tử. Nhóm đã sử dụng lớp da mỏng này để tạo ra các thiết bị cảm biến tự trị bao gồm pin sợi nấm, cảm biến độ ẩm và độ gần cũng như mô-đun giao tiếp Bluetooth. Ngoài việc cung cấp một bề mặt linh hoạt để tạo hoa văn cho các mạch điện, da còn có thể phân hủy sinh học và có thể giúp cắt giảm rác thải điện tử.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra vỏ sợi nấm từ nấm Ganoderma lucidum, mọc trên gỗ cứng đã chết ở vùng khí hậu ôn đới ôn hòa. Để tạo ra các mạch điện tử, họ sử dụng phương pháp lắng đọng hơi vật lý để đặt một lớp đồng và vàng mỏng lên da. Kim loại sau đó được loại bỏ khỏi lớp bề mặt này thông qua quá trình cắt bỏ bằng laser, để lại các đường dẫn điện. Các nhà nghiên cứu đặt tên cho phương pháp mới này để tạo ra các thiết bị điện tử linh hoạt và có thể phân hủy sinh học là “MycelioTronics”, mô tả công việc của họ trong Những tiến bộ khoa học.
Số lượng lớn các thiết bị được sản xuất hiện nay, cùng với tuổi thọ giảm dần của chúng, dẫn đến lượng rác thải điện tử khổng lồ và khối lượng này đang tăng lên nhanh chóng. Theo Giám sát chất thải điện tử toàn cầu 2020, con số kỷ lục 53.6 triệu tấn chất thải điện tử như vậy đã bị loại bỏ vào năm 2019 – con số này được dự đoán sẽ tăng lên 74.7 triệu tấn vào năm 2030.
Ngoài ra còn có sự tập trung ngày càng tăng vào việc phát triển các thiết bị điện tử linh hoạt, chẳng hạn như các cảm biến tự động để theo dõi sức khỏe, có tuổi thọ chỉ vài ngày hoặc vài tuần. Dựa theo Martin Kaltenbrunner, một nhà vật lý tại Đại học Johannes Kepler, đối với những loại thiết bị điện tử này, các thành phần có thể phân hủy sinh học sẽ rất có lợi.
“Một thứ thực sự khó tái chế là bảng mạch in hoặc linh hoạt… chúng quá rẻ và quá khó để tách thành các bộ phận riêng lẻ,” Kaltenbrunner giải thích. Các nhà khoa học đang xem xét việc thay thế các bảng mạch dựa trên polyme trong các thiết bị linh hoạt bằng giấy, nhưng Kaltenbrunner nói rằng điều này không bền vững. Sản xuất giấy quá tốn nước và năng lượng.
Da giống như giấy
Trong khi nghiên cứu các vật liệu làm từ nấm để cách nhiệt tòa nhà, Kaltenbrunner và các đồng nghiệp của ông nhận thấy rằng nấm đang tạo ra một lớp sợi nấm dày đặc và chắc chắn, là một mạng lưới các sợi nấm. Những tấm da này trông giống như giấy và các nhà khoa học tự hỏi liệu chúng có thể được sử dụng cho các bảng mạch linh hoạt hay không.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển lớp sợi nấm bằng cách phủ lên vỏ bào gỗ sồi ẩm đã được cấy với Ganoderma lucidum bằng lưới ngăn cách bằng polyetylen và bảo quản chúng ở 25°C. Sau khi nấm phát triển đủ, dải phân cách được tách ra khỏi chất nền và vỏ sợi nấm được bóc cẩn thận khỏi dải phân cách. Sợi nấm ướt sau đó được làm khô và nén để tạo ra lớp da cuối cùng.
Sau khi lắng đọng và cắt bỏ lớp kim loại bằng laser, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm các bảng mạch sợi nấm thu được. Họ phát hiện ra rằng chúng có độ dẫn điện và ổn định nhiệt cao, đồng thời có thể chịu được khoảng 2000 chu kỳ uốn cong trước khi màng kim loại bắt đầu nứt và điện trở tăng lên. Da cũng có thể được gấp lại nhiều lần chỉ với mức tăng sức đề kháng vừa phải.
Tiếp theo, các nhà nghiên cứu tạo ra một tấm phẳng, 2 cm2 pin sợi nấm, sử dụng vỏ sợi nấm được ngâm trong dung dịch điện phân có độ dẫn ion cao (amoni clorua và kẽm clorua) làm chất phân tách và hai lớp vỏ sợi nấm làm vỏ ngoài. Họ tuyên bố rằng cấu trúc này dẫn đến một tỷ lệ cao pin có thể phân hủy sinh học.
Để thể hiện rõ hơn khái niệm của mình, nhóm đã tạo ra một thiết bị điện tử bao gồm pin sợi nấm, mô-đun giao tiếp dữ liệu Bluetooth và cảm biến trở kháng được hàn vào bảng mạch sợi nấm. Các thử nghiệm cho thấy thiết bị cảm biến này có thể phát hiện ngón tay đang đến gần và những thay đổi về độ ẩm trong buồng khí hậu.
Mực dựa trên carbon tạo ra các bóng bán dẫn có thể tái chế hoàn toàn đầu tiên
Sau khi hoàn thành các mạch điện, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng họ có thể loại bỏ các bộ phận gắn trên bề mặt có thể tái sử dụng bằng cách sử dụng súng nhiệt hoặc bàn ủi hàn. Điều này để lại bảng mạch sợi nấm, phân hủy trong một đống phân trộn. Trong vòng 11 ngày, nó đã mất 93% khối lượng khô và sau thời điểm này, bất kỳ phần còn lại nào cũng không thể phân biệt được với đất.
Kaltenbrunner nói: “Bạn có thể cho nó vào phân trộn trong gia đình mình. Thế giới vật lý. Ông giải thích rằng đây là lợi thế của vật liệu nấm so với nhựa phân hủy sinh học đòi hỏi các điều kiện cụ thể để phân hủy, “sợi nấm thực sự có ở khắp mọi nơi trong môi trường tự nhiên của chúng ta” và da là một sản phẩm hoàn toàn tự nhiên.
