Leuchtendes Gummi

Singapur (Singapur) - In vielen Smartphones sorgen organische Leuchtdioden für eine helle Hintergrundbeleuchtung. Allerdings sind diese Leuchtflächen nicht flexibel. Dagegen können spezielle lichtaktive Gummi-Materialien leicht gebogen und bis auf ein Vielfaches ihrer Länge gedehnt werden. Benötigen diese Licht emittierenden Kondensatoren – kurz LEC (Light-Emitting Capacitor) – bisher sehr hohe elektrische Spannungen, entwickelten nun Forscher in Singapur ein Leuchtgummi, das bereits ab 23 Volt Spannung bläulich-weißes Licht aussendete. Ihre Prototypen, in denen sich sogar kleine Risse von selbst wieder verschließen konnten, präsentieren sie nun in der Fachzeitschrift „Nature Materials“.

„Wir konnten die bisher größte Helligkeit für solche flexiblen Lichtquellen erreichen“, sagt Benjamin Tee von der National University of Singapore. Gemeinsam mit seinen Kollegen fertigte er einen Millimeter dünne Schichten aus einem flexiblen Kunststoff auf der Basis von Polyvinylidenfluorid. Diesen Schichten fügten sie verschiedene Leuchtstoffe hinzu, die sich gleichmäßig in dem gummiartigen Material verteilten. Die lichtaktiven Schichten umhüllten die Forscher beidseitig mit durchsichtigen und elektrisch leitfähigen Materialien als Elektroden. Versorgt mit einer gepulsten, elektrischen Spannung emittierten diese Leuchtgummis Licht im sichtbaren Spektralbereich.

Erste Versuche zeigten, dass die Prototypen – HELIOS genannt – bereits ab 23 Volt Spannung ein schwaches Leuchten über die gesamte Fläche erzeugten. Dabei mussten die Spannungen etwa 50 Mal pro Sekunde an- und ausgeschaltet werden. Schon bei 200 Volt erreichten die Leuchtgummis eine Leuchtdichte von 270 Candela pro Quadratmeter – ein Wert in der gleichen Größenordnung der Leuchtdiche organischer Leuchtdioden. Mit deutlich höheren Spannungen von 3750 Volt und einer sehr hohen Schaltfrequenz von 800 Hertz strahlte das leuchtende Gummi sogar mit 1460 Candela pro Quadratmeter – vergleichbar mit der Leuchtdichte eines mit Wolken bedeckten Himmels.

Im Unterschied zu organischen Leuchtdioden ließen sich die neuen Leuchtgummis leicht biegen und bis auf die zehnfache Länge dehnen. Traten bei diesen Verformungen kleine Risse auf, schlossen sich diese sogar völlig selbstständig innerhalb eines Tages bei Temperaturen von etwa 50 Grad Celsius. Verantwortlich für diese Selbstheilungskräfte machen die Forscher eine ungewöhnlich tiefe Glasübergangstemperatur von -25 Grad Celsius, bei der das Kunststoffmaterial von einem festen in einen gummiartigen, zähflüssigen Zustand wechselt.

Schließlich fertigen Tee und Kollegen einen flexiblen, leuchtenden Roboter-Greifer aus ihrem Material. Damit wollen sie ein mögliches Anwendungsfeld für ihre leuchtenden Gummis demonstrieren. Zusätzlich rechnen sie mit einer Verwendung als dehnbare und widerstandsfähige Leuchtflächen in funktioneller elektronischer Kleidung – so genannten Waerables. „Unsere Arbeit zeigt einen großen Schritt bei der Entwicklung von dehnbaren, tragbaren und selbst-reparierenden Leuchtquellen“, ist Tee überzeugt.