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Formflexible Elektronik drucken

Hochleitfähige Tinte mit reduziertem Anteil an metallischen Partikeln ermöglicht die additive Fertigung von hochverstreckbarer Elektronik für softelektronische Anwendungen.

Demonstration der verformbaren Elektronik: Geknickter Schaltkreis auf Papier mit LED-Lämpchen. Die gedruckten Strukturen können gebogen, gefaltet und sogar verdreht werden.
Weiche elektronische Komponenten, sog. Softelektronik, gewinnt zunehmend an Bedeutung. In Kombination mit Druck- und Beschichtungstechniken eröffnen leitfähige, elastische Strukturen – auch bekannt als verstreckbare Elektronik – ganz neue Möglichkeiten, etwa in der Sensorik, Bioelektronik, Softrobotik oder bei funktionellen Textilien und tragbaren Geräten.

Eine der größten Herausforderungen ist der Kompromiss zwischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Materials. Obwohl bereits erste Ansätze zum 3D-Druck von leitfähigen Materialien existieren, sind damit gefertigte Komponenten bisher nur bedingt verstreckbar. Um eine hohe Leifähigkeit zu erzielen, sind diese mit größeren Mengen an leitfähigen Partikeln versetzt. Dadurch wird die mechanische Flexibilität und Dehnfähigkeit stark eingeschränkt.

Wissenschaftlern des Instituts für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik (MVM) des KIT ist es gelungen, eine leitfähige Tinte für den 3D-Druck zu entwickeln, die mit einer erheblich geringeren Partikelkonzentration auskommt, ohne Leitfähigkeit einzubüßen und daher hohe Verstreckbarkeit aufweist. Möglich macht dies der besondere Materialmix: Ein Polymer und ein leitfähiges, metallisches Pulver – z.B. thermoplastisches Polyurethan (TPU) und Silberpartikel – werden mit einer sekundären, nicht mischbaren Flüssigkeit zu einer Kapillarsuspension verbunden. Diese zweite Flüssigkeit induziert die Selbstorganisation eines Netzwerks der leitenden Partikel innerhalb des flexiblen Polymers, wodurch trotz geringem Partikelgehalt eine hohe Leitfähigkeit möglich ist. Mit Druckverfahren, wie Direct Ink Writing oder Siebdruck, kann die Tinte verarbeitet werden und härtet durch Wärme oder UV-Strahlung aus.

Die hochleitfähige Tinte erlaubt die Großserienfertigung von filigranen verstreckbaren Komponenten, wie Sensoren, integrierte Schaltungen oder Antennen. Sie passen sich leicht an dynamische, nicht-planare Oberflächen an und lassen sich wiederholt dehnen oder verformen und so z.B. verzögerungsfrei schalten. Die Leitfähigkeit ist trotz geringem Partikelgehalt hoch und kann individuell angepasst werden.

Formflexible Elektronik könnte zukünftig in Spezialanwendungen, aber auch in Massenmärkten zum Einsatz kommen. Das KIT sucht Partner für anwendungsspezifische Entwicklungsprojekte sowie zur Lizenzierung.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr. Aude Pélisson-Schecker, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanagerin Energie, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25335

E-Mail: pelisson-schecker@kit.edu

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