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Elektrofluide Elektrisch leitende Flüssigkeiten für weiche Elektronik

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Am Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken sollen in den nächsten fünf Jahren stromleitende Elektrofluide entwickelt werden, die als Alternative zu festen Materialien in weichen elektronischen Bauteilen eingesetzt werden können.

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Halten – Dehnen – Biegen: In elastischem Material eingeschlossen, können Elektrofluide starre Leitungen ersetzen und machen somit weiche Bauelemente möglich.
Halten – Dehnen – Biegen: In elastischem Material eingeschlossen, können Elektrofluide starre Leitungen ersetzen und machen somit weiche Bauelemente möglich.
(Bild: INM)

Elektronische Bauteile und bewegliche Bauteile in Robotern werden traditionell aus Metallen und Halbleitern gefertigt. Im Gegensatz zu ihren Kollegen aus Metall sollen weiche Roboter besonders feinfühlig sein. Starre Schaltkreise und harte Kabel schränken diese Fähigkeit ein. Elektrisch leitende Flüssigkeiten könnten da Abhilfe schaffen. Jedoch ist Quecksilber zu teuer und außerdem giftig. Seit dem 1. Januar 2021 erforscht nun die Juniorforschungsgruppe „Elektrofluide“ am Leibniz INM unter Leitung von Dr. Lola González-García eine neue flüssige Alternative. Die Idee hinter den neuartigen Elektrofluiden: Man gibt kleinste Teilchen eines stromleitenden Materials in eine Flüssigkeit, und zwar in so hoher Konzentration, dass immer elektrisch leitende Kontakte bestehen. Nimmt man als Partikel Metall oder Kohle, erhält man ein Elektrofluid. Kabel, die anstelle eines Kupferdrahtes ein Elektrofluid als leitenden Kern hätten, wären somit äußerst anpassungsfähig und ließen sich beliebig dehnen und verformen.

Elektrofluide sind dynamische elektrische Leiter. In Ruhe sind die stromleitenden Teilchen mit ihren Nachbarteilchen in Kontakt. Fließt das Elektrofluid, entstehen ständig neue Kontakte, so dass es insgesamt ständig leitet.

Dr. Lola González-García, Leiterin der Juniorforschungsgruppe „Elektrofluide“

Die spezifischen Ziele dieser Forschungsgruppe sind:

  • hochkonzentrierte Suspensionen zu entwerfen, die transiente perkolierende Netzwerke bilden,
  • dieses Wissen zu nutzen und Fluide mit abstimmbarer elektrischer Leitfähigkeit bei niedriger Viskosität zu synthetisieren,
  • zu zeigen, dass Elektrofluide für bestimmte Anwendungen maßgeschneidert werden können.

Für weiche Elektronik interessant

Die oben genannten Eigenschaften machen die Elektrofluide interessant für weiche Elektronik. Bekannte Beispiele dafür sind sogenannte Wearables, also Elektronik, die am menschlichen Körper getragen wird, wie zum Beispiel Smartwatches und Fitnessarmbänder. Mit den Elektrofluiden könnten solche Bauteile noch weicher werden.

Elektrofluide sind Suspensionen, die Elektronen leiten, während sie als Flüssigkeiten fließen.
Elektrofluide sind Suspensionen, die Elektronen leiten, während sie als Flüssigkeiten fließen.
(Bild: INM)

Während der Forschungen soll auch die Nachhaltigkeit des neuen Materials nicht aus den Augen verloren werden. Daher befasst sich das Team bereits bei der Entwicklung der Elektrofluide mit deren Rückgewinnung und dem Recyceln der Bestandteile.

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