Мицелните кори на гъби могат да се използват като субстрати за електронни устройства, демонстрират физици и учени в областта на материалите от Австрия.
Екипът е използвал тънките мицелни корички за създаване на автономни сензорни устройства, състоящи се от батерии от мицел, сензор за влажност и близост и Bluetooth комуникационен модул. Освен че осигуряват гъвкава повърхност, върху която могат да се моделират електрически вериги, мицелните кори са биоразградими и могат да помогнат за намаляване на електронните отпадъци.
Изследователите произвеждат мицелните кори от гъбата Ganoderma lucidum, която расте върху мъртва твърда дървесина в мек умерен климат. За да създадат електронни схеми, те са използвали физическо отлагане на пари, за да поставят тънък слой мед и злато върху кората. След това металът е бил отстранен от този повърхностен слой чрез лазерна аблация, оставяйки след себе си проводящи пътеки. Изследователите наричат този нов подход за създаване на гъвкава и биоразградима електроника "MycelioTronics", описвайки работата си в Science Advances.
Огромният брой устройства, произвеждани в днешно време, заедно с намаляващия им живот, водят до огромни количества електронни отпадъци, чиито обеми бързо нарастват. Според Глобалния преглед на електронните отпадъци за 2020 г. (Global E-Waste Monitor 2020 ), през 2019 г. са били изхвърлени рекордните 53,6 милиона тона такива електронни отпадъци - цифра, която се очаква да нарасне до 74,7 милиона тона до 2030 г.
Все по-голямо внимание се отделя и на разработването на гъвкава електроника, например за автономни сензори за наблюдение на здравето, чийто живот е само няколко дни или седмици. Според Мартин Калтенбрунер (Martin Kaltenbrunner), физик от Университета "Йоханес Кеплер", за този вид електроника биоразградимите компоненти биха били много изгодни.
"Единственото нещо, което е наистина трудно да се рециклира, е гъвкавата или печатната платка... те просто са твърде евтини и твърде трудни за разделяне на отделните им части", обяснява Калтенбрунер. Учените са разглеждали възможността да заменят платките на полимерна основа в гъвкавите устройства с хартия, но Калтенбрунер посочва, че това не е устойчиво. Производството на хартия е твърде интензивно по отношение на водата и енергията.
Кори, подобни на хартия
Докато работят върху материали на основата на гъби за изолация на сгради, Калтенбрунер и колегите му забелязват, че гъбите произвеждат плътна и компактна кора от мицел, който представлява мрежа от гъбни нишки. Тези кори приличат на хартия и учените се питат дали не биха могли да се използват за гъвкави платки.
Екипът отглежда кори от мицел, като покрива влажни букови стърготини, засяти с Ganoderma lucidum, с полиетиленова разделителна мрежа и ги съхранява при 25 °C. След достатъчен растеж на гъбите сепараторът се откъсва от субстрата и мицелната кора е внимателно отлепена от сепаратора. След това влажният мицел се изсушава и компресира, за да се получат крайните пластини.
Устойчива електроника. След употреба компонентите за многократна употреба могат да бъдат разглобени, като платката с мицел остане като биоразградим отпадъчен продукт. Кредит: Soft Matter Physics Division, Johannes Kepler University Linz. Images taken by Doris Danninger
След отлагане и лазерна аблация на металния слой изследователите тестват получените платки от мицел. Те установяват, че имат висока проводимост и термична стабилност и могат да издържат на около 2000 цикъла на огъване, преди металният филм да започне да се напуква и електрическото съпротивление да се увеличи. Пластините също така могат да бъдат сгънати няколко пъти като при това се получава само съвсем умерено повишаване на съпротивлението.
След това изследователите създават плоска батерия от мицел с площ 2 см2, използвайки кора от мицел, напоена с разтвор на електролит с висока йонна проводимост (амониев хлорид и цинков хлорид) като сепаратор, и две кори от мицел като външен корпус. При тази конструкция голям процент от батерията е биоразградим, твърдят авторите.
За да демонстрира допълнително концепцията си, екипът създава електронно устройство, състоящо се от батерия от мицел, модул за предаване на данни чрез Bluetooth и сензор за импеданс, запоен върху платка от мицел. Тестовете показват, че това сензорно устройство е в състояние да открие приближаващ се пръст и промени във влажността.
След като приключват с проверката на схемите, изследователите установяват, че могат да отстранят компонентите за многократна употреба, монтирани на повърхността, с помощта на поялник. Така останала платката от мицел, която се разпада в купчина компост. В рамките на 11 дни тя губи 93 % от сухата си маса и след този момент всички останки са били неразличими от почвата.
"Можете да го сложите в домашния си компост", разказва Калтенбрунер пред Physics World. Той обяснява, че това е предимството на техните гъбични материали пред биоразградимите пластмаси, които изискват специфични условия за разграждане: "Мицелът е буквално навсякъде в нашата естествена среда", а техните платки са напълно естествен продукт.
Справка: MycelioTronics: Fungal mycelium skin for sustainable electronics
Doris Danninger, Roland Pruckner, Laura Holzinger, Robert Koeppe and Martin Kaltenbrunner
SCIENCE ADVANCES 11 Nov 2022 Vol 8, Issue 45
DOI: 10.1126/sciadv.add711
Източник: Mushroom-based substrates create flexible and sustainable electronics, Physics World
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари