製成電路基板 可生物分解、減少電子廢棄物 菌絲體表皮 變創新永續材料

編譯/韋士塔 |2022.12.10
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編譯/韋士塔

發表於《科學進展》(Science Advances)期刊的報告指出,奧地利研究人員提出了一種以真菌菌絲體(ungal mycelium)表皮製作柔性(可撓式)、可生物降解電子產品的新方法,稱為「菌絲體電子學」(MycelioTronics),這項技術,能取代現行的電子基板材料,製作永續電子電路板。

各式各樣的電子設備,已融入人類生活,且人類對這些裝置的依賴已不可逆轉。然而,電子產品的壽命有限,在損壞或淘汰後會產生大量電子垃圾,讓綠色電子產品的未來難以實現。即使科學家正竭盡全力研發電子設備的永續材料,仍難阻擋電子廢棄物數量快速增加的嚴峻形勢。

研究人員指出,所有由導電金屬組成的電子電路,都需放置在基板(substrate)的絕緣冷卻底座。幾乎每一塊電腦晶片使用的基板,都是由不可回收的塑膠聚合物製成;這些塑膠在晶片壽命結束時通常被丟棄,因為基板是以塑膠製作,其價值遠低於晶片上的各種貴金屬,因此業者往往不願回收,這也導致電子廢棄物的數量不斷增加。

奧地利林茲大學(Johannes Kepler University Linz)的研究團隊,以赤芝(Ganoderma lucidum)的表皮製作可生物降解的電子基板。研究人員指出,靈芝是一種真菌,通常生長在腐爛的木頭上;靈芝為了保護自己的菌絲體(mycelium),會長出表皮加以保護,避免受外來細菌及其他真菌侵害。

研究團隊表示,菌絲體的表皮生長共有3個階段,愈年輕的表皮顏色愈淺,第1階段呈亮白色,進入生長第2階段時表皮變厚,也更緊緻,表面出現褐色斑塊。第3階段的成熟表皮完全被棕色外殼覆蓋。將菌絲體的表皮以水浸透,並進行壓縮及乾燥後,表皮變得相當柔韌,且是良好的絕緣體,可承受250℃的高溫,也就是能使用焊接等標準電子處理技術,厚度則與一般紙張差不多,非常適合製作電路基板。

研究人員指出,「菌絲體電子學」技術,奠定永續材質電子產品的基礎;在這些電子產品的使用壽命結束後,只需以用熱風槍或烙鐵等簡單工具,即可輕鬆地把可重複使用的組件從電路板拆卸下來,留下可生物降解的基板。這些基板若以土壤掩埋,不到兩周就幾乎完全分解。

此外,菌絲體表皮製作的基板,具有良好導電性能,幾乎與傳統塑膠基板上相當。菌絲體表皮製作的基板另外一個重要性能則是可撓性,即使彎折超過2000次仍可有效導電,非常適合用於藍牙感測器等低功耗裝置的電池運作,也有助開發可撓式裝置。

研究團隊指出,目前尚未出現可生物降解的印刷電路板(PCB),多數石墨烯及碳基生物材料仍然包含不永續的材料。完全可生物降解的菌絲體表皮,具有取代現有電子元件的潛力,可望在不犧牲永續性的情況下,保有所有傳統電子設備的強大功能。

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