Neuer Verbundstoff zum Schutz elektronischer Bauteile

Wenn es um den Schutz fester elektronischer Bauteile auf beweglichen Oberflächen geht, steht die Materialforschung vor einer enormen Herausforderung. Ein Team Schweizer Wissenschaftler hat nun erstmals einen neuartigen Verbundstoff auf Polyurethanbasis vorgestellt, der gewissermaßen einen fließenden Übergang von weichen zu harten Materialien ermöglicht. Das Material ist auf der einen Seite weicher als Haut und auf der anderen Seite härter als Knochen, erklärt Projektleiter André Studart, Professor für Komplexe Materialien am Departement Materialwissenschaft der ETH Zürich.

Die Inspiration für ihre Entwicklung haben sich Studart und seine Kollegen aus der Natur geholt. Um bewegliche Sehnen mit starren Knochen zu verbinden, musste sich die Natur etwas einfallen lassen. Sie löst das Problem, indem sie die geschmeidigen Bestandteile der Sehnen und die festen Teile der Knochen fließend ineinander übergehen lässt. Dieser nahtlose Übergang von weich zu hart ist dabei wesentlich strapazierfähiger, als wenn die beiden Materialien übergangslos zusammengefügt werden. Denselben Trick wendet das Forscherteam auch an.

Im Gegensatz zu den natürlichen Beispielen überbrückt der Härtegradient zwischen der weichsten und der härtesten Schicht des neuen Stoffes allerdings einen 100 000-fachen Härteunterschied. Härteunterschiede in diesem Umfang sind innerhalb von Verbundmaterialien bislang völlig undenkbar gewesen, betont Studart den Wert der eigenen Entwicklung. Zum Vergleich: Sehnen und Knochen unterscheiden sich lediglich um das Hundertfache, was ihren eigenen Härtegrad betrifft.

Die Anwendungsmöglichkeiten für einen derartigen Verbundstoff sind enorm vielseitig. Wie die Schweizer Forscher im Rahmen ihrer neuesten Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Communications aufzeigen, könnte ihre Entwicklung beispielsweise helfen, Elektronikbauteile auf flexiblen Oberflächen zu schützen. Der Trick dabei: Die Elektronikteile werden auf Schutzinseln aus dem neuen Verbundmaterial aufgesetzt. In Belastungstests haben die Forscher die flexible Polyurethan-Unterlage um mehr als 350 % gedehnt. Die aufgesetzten Bauteile blieben dabei unbeschädigt.

Daneben sieht Studart aber etwa auch Einsatzpotenzial im Bereich von medizinischen Implantaten oder in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Sogar als Trägermaterial für flexible Elektronik, die in Kleidung eingearbeitet werden kann, oder für rollbare Bildschirme wäre das neue Material denkbar. Derzeit steckt die Entwicklung allerdings noch im Experimentierstadium.

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