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Wissenschaftler der Oregon State University in den USA haben eine neuartige Legierung entwickelt, die den Weg für den 3D-Druck von flexiblen Displays, dehnbarer Elektronik oder Softroboter ebnen könnte. Bei dem Material handelt es sich um eine hoch leitfähige Gallium-Legierung.
Um die Gallium-Legierung Galinstan, bestehend aus Gallium, Indium und Zinn, für den 3D-Druck etwas pastöser zu machen, wurden Nickel-Nanopartikel hinzugefügt. Andernfalls wäre das Material zu flüssig für die Verarbeitung am 3D-Drucker gewesen und konnte daher bislang auch nur zweidimensional aufgetragen werden.
“Es war unmöglich die dünnflüssige Legierung in Schichten zu hohen Strukturen zu drucken, erklärt Yiğit Mengüç, Assistant Professor für Maschinenbau. “Mit der pastenartigen Textur kann das Material schichtweise aufgetragen werden, während die Fließgeschwindigkeit aufrecht erhalten bleibt. Wir haben das Potential unserer Entdeckung aufgezeigt, indem wir dehnbare, zweilagige Schaltungen gedruckt haben, dessen Schichten ineinander gewebt sind ohne sich zu berühren.”
Gallium-Legierungen
Gallium-Legierungen kommen bereits als leitfähige Materialien bei flexibler Elektronik zum Einsatz. Sie verfügen über geringe Toxizität und gute Leitfähigkeit. Zudem sind sie günstig und quasi selbstheilend – sie können an Bruchstellen wieder zusammengefügt werden.
Im Rahmen ihrer Studie haben die Forscher Strukturen mit einer Höhe von bis zu 10 mm und einer Breite von 20 mm hergestellt.
“Der 3D-Druck von flüssigen Metallen hat eine wesentliche Bedeutung für den Bereich flexibler Elektronik,” sagt Co-Author Doğan Yirmibeşoğlu, PhD Student der Robotik. “Die Additive Fertigung ermöglicht eine schnelle Produktion von komplexen Designs und Schaltungen.”
Flexible Displays und Sensoren
Einsatzmöglichkeiten sieht man unter anderem bei elektrisch leitfähigen Textilien, flexible Displays, Sensoren für Drehmoment, Druck und andere Belastungen, tragbare sensorische Anzüge, wie sie zB in der Entwicklung von Videospielen verwendet werden, Antennen und biomedizinische Sensoren.
“Die Zukunftsaussichten sind sehr positiv” sagt Yirmibeşoğlu. “Man stelle sich einfach vor man könnte fertig funktionelle Softroboter herstellen, die selbstständig aus dem Drucker herausgehen.”
Die Paste aus Gallium-Legierung kann einfach und schnell hergestellt werden. Ihre strukturelle Veränderung bleibt permanent bestehen und die elektrischen Eigenschaften sind mit denen von purem, flüssigen Metall vergleichbar.
Zukünftig soll die exakte Struktur der Paste erforscht werden; wie die Nickelpartikel stabilisiert werden und wie die Strukturveränderung die Paste altern lässt.
Die Studie “Rheological Modification of Liquid Metal for Additive Manufacturing of Stretchable Electronics” wurde in Advanced Materials Technologies veröffentlicht.
