Flexible Elektronik wächst in die dritte Dimension

Seoul (Südkorea) - Sensoren, Leuchtdioden, kleine Prozessoren und sogar Lautsprecher lassen sich schon heute in flexible, dehnbare Elektronik-Module integrieren. Daraus entwickelten Forschende an mehreren Instituten bereits elektronische Pflaster, die einfach auf die Haut geklebt werden können. Einer koreanischen Arbeitsgruppe gelang es nun, flexible Schaltkreise nicht nur in der Fläche, sondern auch räumlich, dreidimensional anzuordnen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Electronics“ berichten, ergeben sich mit diesem Einsatz mehr Freiheiten für die Entwicklung von elektronischen Pflastern.

Grundlage von flexibler Elektronik sind dünne Schichten aus einem dehnbaren Silikonkunststoff wie etwa Polydimethylsiloxan. In diese transparenten Schichten können verschiedene elektronische Module integriert werden und mit flexiblen Drähten miteinander verknüpft werden. Doch bisher gelingt das nur in der Fläche. Byeongmoon Lee und sein Team griffen nun zu einem 3D-Drucker, um freistehende elektrische Leitungsbahnen herzustellen. Der Schlüssel zu diesem Erfolg lag in einer speziell entwickelten Tinte, die nicht mehr zerfließt und schnell genug aushärtet.

Für diese Tinte mischten die Forschenden Partikel aus Silber und mehrwandigen Nanoröhrchen aus Kohlenstoff in eine flüssige Silikonmasse. Diese Masse spritzen sie durch eine dünne Düse auf ein elektronisches Pflaster. Während des Spritzens härtete die Tinte schnell genug aus, um freistehende Drähte und auch kleine Brücken zu erzeugen. Die dünnsten Drähte waren dabei nur 86 Mikrometer dick und ließen sich nach dem Abkühlen auf die anderthalbfache Länge dehnen. „Damit erweitert sich das Designspektrum von beliebig gestaltbarer Haut-Elektronik“, sagt Lee.

Als erste Prototypen fertigte Lee elektronisches Pflaster mit Leuchtdioden und einem Temperatursensor. Aufgeklebt auf eine Hand hielt dieses Modul zahlreichen Dehnbewegungen stand. In weiteren Schritten könnten die dehnbaren 3D-Drähte weiter schrumpfen. Bleibt auch dann ihre Stabilität erhalten, könnten in Zukunft deutlich komplexere und vielseitigere elektronische Pflaster etwa als Körpersensoren für Sportler oder für medizinische Anwendungen entwickelt werden.