Elektrofluide leiten Strom in weicher Elektronik

Ungewöhnliche elektrisch leitfähige Materialien untersucht die Nachwuchsforschungsgruppe „Elektrofluide“ am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken seit Anfang dieses Jahres. Dafür erhielt das Team um Lola González-García 1,5 Mio. € als Startzuschuss des Europäischen Forschungsrates (ERC).

Nachwuchsforschende um Leiterin Lola González-García am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken wollen in den nächsten fünf Jahren stromleitende „Elektrofluide“ entwickeln. Die Hoffnung: eine Alternative zu festen Materialien zu finden, die sich in weichen Elektronikbauteilen einsetzen ließe.

An „weiche“ Roboter wird allgemein die Anforderung gestellt, dass sie im Gegensatz zu solchen aus Metall besonders feinfühlig sein sollen. Denn deren starre Schaltkreise und harte Kabel behindern diese Fähigkeit meist. Hier könnten elektrisch leitende Flüssigkeiten zum Einsatz kommen.

Ständig in Kontakt

Das Saarbrücker Forschungsteam am INM verfolgt mit den neuartigen Elektrofluiden diesen Ansatz: Winzige Partikel eines stromleitenden Materials werden in extrem hoher Konzentration in eine Flüssigkeit gegeben. Dadurch sollen permanent elektrisch leitende Kontakte erzeugt werden.

„Das ist ein wenig wie in Zahnpasta“, sagt Lola González-García. „In der Tube ist sie recht fest, wenn man sie herausdrückt, wird sie aber flüssig. Das liegt am hohen Anteil fester Partikel.“

Kabellose Verbindung

Bestehen die Partikel aus Metall oder Kohle, entsteht im Versuchsaufbau ein Elektrofluid. „Elektrofluide sind dynamische elektrische Leiter“, erklärt die Gruppenleiterin. „In Ruhe sind die stromleitenden Teilchen mit ihren Nachbarteilchen in Kontakt. Fließt das Elektrofluid, entstehen ständig neue Kontakte, sodass es insgesamt ständig leitet.“

Würde man Kabel anstatt mit einem Kupferdraht mit einem Elektrofluid als leitenden Kern ausstatten, könnte man sozusagen zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Sie wären sehr anpassungsfähig und ließen sich beliebig biegen und dehnen.

Einsatz in Wearables

Aufgrund dieser Eigenschaften sind Elektrofluide hoch interessant für „weiche“ Elektronik, etwa Wearables. Soll beispielsweise Elektronik am Körper getragen werden, um Vitaldaten zu erfassen, wären sperrige feste Materialien und Kabel extrem hinderlich. Hersteller von Smartwatches und Fitnessarmbändern könnten von der Saarbrücker Entwicklung profitieren. „Dank Elektrofluiden können wir solche Bauteile noch weicher machen“, ist González-García überzeugt.

Das Team am INM hat dabei stets auch die Nachhaltigkeit des neuen Materials fest im Blick. Bereits bei der Entwicklung der Elektrofluide denken sie dabei auch an eine mögliche Rückgewinnung und das anschließende Recyceln der eingesetzten Bestandteile.

Die Saarbrücker Gruppenleiterin ist deshalb fest überzeugt: „Wissenschaftler, die neue Materialien entwickeln, haben die Verpflichtung, gleichzeitig zu überlegen, was mit diesen Materialien am Ende ihrer Nutzungsdauer zu tun ist.“