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Drucken flexibler elektronischer Schaltungen auf elastische Materialien und Stoffe

18.04.2015

Forscher der Purdue University in den USA haben ein Verfahren entwickelt, um flexible und dehnbare elektrische Leiter auf praktisch jede Oberfläche zu drucken, einschließlich elastischer Materialien und Stoffe. Das Verfahren macht es einfach, die Produktion im industriellen Maßstab zu beherrschen.

Um leitfähige Schaltkreise auf ein elastisches Material aufzubringen, verwendete eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von John William Boley, Ph.D., einen herkömmlichen Tintenstrahldrucker, platzierte jedoch anstelle von Tinte eine Suspension aus Metallpartikeln in der Patrone.

Die Suspension wurde durch die Zerstörung von "flüssigem Metall" (Flüssigmetall) hergestellt. Die durch die Zerstörung erhaltenen Mikropartikel des Materials wurden in Ethanol eingebracht und die resultierende Mischung unter Einwirkung von Ultraschall zu einer Suspension aufgeschlagen.

"Flüssiges Metall selbst kann nicht gedruckt werden. Also haben wir es in eine Aufschlämmung verwandelt, die leicht durch die Düsen des Druckkopfs fließt", sagte Rebecca Kramer, eine der Teilnehmerinnen der Studie. "Und jetzt können wir flexible Schaltungen auf fast alles auftragen wie auch immer."

Nach dem Auftragen der Suspension auf das Material verdunstet das Ethanol und es bleiben nur „Flüssigmetall“-Partikel zurück.

Die resultierende gedruckte Schaltung leitet jedoch keinen Strom. Damit es leitfähig wird, muss es „aktiviert“ werden, Druck darauf ausüben, damit die Partikel des „flüssigen Metalls“ aneinander haften. Dies eröffnet dem Hersteller bestimmte Möglichkeiten: Er kann eine Schaltungsvorlage erstellen und der Schaltung in verschiedenen Produkten unterschiedliche Funktionen zuweisen, indem er nur einige seiner Abschnitte aktiviert, während der Rest nicht leitend bleibt.

Die Forscher glauben, dass die neue Methode es einfach machen wird, elektronische Schaltkreise auf Kleidung zu drucken und neue Arten von tragbaren Geräten herzustellen, und dass sie auch Anwendung in der Robotik finden wird – um humanoide Maschinen zu erschaffen. "Leiter aus 'flüssigem Metall' können sich dehnen und verformen, ohne zu brechen", sagte Kramer.

Die Forscher erklärten nicht, wie sie vorschlagen, elektronische Komponenten auf elastische Materialien aufzubringen.

In Zukunft plant das Forschungsteam zu untersuchen, ob und wie die Leitfähigkeit von Flüssigmetall-Flex-Schaltungen durch das Substratmaterial beeinflusst wird, auf dem sie aufgebracht sind. Und erfinde auch eine Technologie zur automatischen Aktivierung der Schaltung nach dem Drucken.

Wir fügen hinzu, dass flexible Elektronik für Ingenieure schon lange interessant ist. 2009 entwickelten Wissenschaftler aus den USA und Deutschland eine neuartige Halbleitertinte, die mit einem speziellen Tintenstrahldrucker auf ein Produkt aufgebracht werden kann.

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