Flexible Elektronik in drei Dimensionen

Sensoren, Leuchtdioden, kleine Prozessoren oder sogar Lautsprecher lassen sich bereits in flexible, dehnbare Elektronikmodule integrieren. Daraus entwickelten Forschende beispielsweise schon elektronische Sensorpflaster, die einfach auf die Haut geklebt Ultraschallbilder erzeugen können. Allerdings ließen sich die flexiblen Schaltkreise bislang nur in einer Fläche, also in zwei Dimensionen, anordnen. Doch einer Forschungsgruppe gelang es nun, mithilfe eines 3D-Druckers die Drähte auch dreidimensional anzuordnen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Electronics“ berichten, ergeben sich damit mehr Möglichkeiten für die Entwicklung von elektronischen Pflastern.

Elektronisches Pflaster

Grundlage von flexibler Elektronik sind dünne Schichten aus dehnbaren Silikonkunststoffen wie etwa Polydimethylsiloxan. In diese transparenten Schichten können verschiedene elektronische Module integriert und mit flexiblen Drähten miteinander verknüpft werden – bisher allerdings nur in zwei Dimensionen. Doch nun griffen Byeongmoon Lee vom Korea Institute of Science and Technology in Seoul und sein Team zu einem 3D-Drucker, um freistehende elektrische Leitungsbahnen herzustellen. Der Schlüssel zu ihrem Erfolg lag in einer speziell entwickelten Tinte, die schnell genug aushärtete. Dafür mischten die Forschenden Silberpartikel sowie Nanoröhrchen aus Kohlenstoff in eine flüssige Silikonmasse und spritzten die Masse durch eine dünne Düse auf ein elektronisches Pflaster. Während des Spritzens härtete die Tinte so schnell aus, dass freistehende Drähte und auch kleine Brückenverbindungen entstanden.

Mithilfe der neuen Tinte fertigten Lee und sein Team als ersten Prototypen ein elektronisches Pflaster mit Leuchtdioden und einem Temperatursensor. Die dünnsten Drähte waren dabei nur 86 Mikrometer dick und ließen sich nach dem Abkühlen auf die anderthalbfache Länge dehnen. In weiteren Entwicklungsschritten könnten sich die 3D-Drähte womöglich noch weiter schrumpfen lassen. Bleibt auch dann ihre Stabilität gut genug, könnten in Zukunft deutlich komplexere und vielseitigere elektronische Pflaster – etwa als Körpersensoren für Sportlerinnen und Sportler oder für medizinische Anwendungen – entwickelt werden.

3D-Druck von freistehenden Drähten