EPFL-Forschende entwickeln extrem dehnbare Leiterbahnen

Die neuen, dehnbaren Leiterbahnen könnten dereinst Teil von Schaltkreisen für Sensoren werden, die sich direkt auf der Haut tragen lassen ohne zu stören.
Die neuen, dehnbaren Leiterbahnen könnten dereinst Teil von Schaltkreisen für Sensoren werden, die sich direkt auf der Haut tragen lassen ohne zu stören. © EPFL /LSBI
Wissenschaftler der ETH Lausanne (EPFL) stellen Leiterbahnen vor, die sich biegen und bis auf das Vierfache ihrer Länge dehnen lassen. Sie könnten dereinst für Sensoren verwendet werden, die auf der Haut oder integriert in Kleidung getragen werden.

Leiterbahnen sind normalerweise unflexibel und werden auf festes Trägermaterial gedruckt. Die Elektronik der Zukunft soll jedoch viel biegsamer und dehnbarer werden, als Teil von “smarter” Kleidung, Prothesen oder Sensoren, die sich direkt auf der Haut tragen lassen. EPFL-Forscher tragen zu dieser Vision mit einer Neuentwicklung bei: Extrem flexible Leiterbahnen, wie die Hochschule am Montag mitteilte.

Die neuartigen Leiterbahnen lassen sich demnach bis auf das Vierfache ihrer normalen Länge und in alle Richtungen dehnen. Und zwar eine Million mal, ohne dass es zu Rissen oder Unterbrüchen der Leitfähigkeit kommt, wie die EPFL schreibt. Die Forschenden stellen ihre Erfindung im Fachjournal “Advanced Materials” vor.

Der dehnbare Film besteht aus einem elastischen Kunststoff, in welchen eine Legierung aus Gold und Gallium eingebettet ist. Gallium habe nicht nur gute elektrische Eigenschaften, sondern auch einen sehr niedrigen Schmelzpunkt bei rund 30 Grad Celsius, erklärte Studienautor Arthur Hirsch in der Mitteilung.

Durch das Phänomen der Unterkühlung bleibe Gallium auch bei niedrigeren Temperaturen flüssig, sagte Hirsch weiter. Der Effekt ist in der Thermodynamik auch als unterkühlte Schmelze bekannt und bedeutet, dass ein Material auch bei Temperaturen unter dem Schmelzpunkt nicht erstarrt, weil ein Kristallisationspunkt fehlt.

Das Gold verhindere zudem, dass sich das Gallium beim Kontakt mit dem Polymer zu Tropfen zusammenzieht und die Leiterbahn unterbricht. Damit umgehen die Forschenden auch ein Problem früherer Experimente: die hohe Oberflächenspannung vieler Flüssigmetalle. Dadurch besassen frühere Leiterbahnen aus Flüssigmetallen eher dicke Strukturen.

Mit den von ihnen entwickelten Methoden sei es möglich, extrem schmale Bahnen herzustellen, die nur wenige Hundert Nanometer dick und dabei sehr robust seien, erklärte Studienleiterin Stéphanie Lacour von der EPFL.

(SDA)


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