Ein Forschungsteam der Southern University of Science and Technology (SUSTech) unter Leitung von Professor Qi Ge hat UV-härtbare Ionogele entwickelt, die durch Digital Light Processing (DLP) 3D-Druck hergestellt werden können. Diese Ionogele zeichnen sich durch eine einzigartige Kombination aus hoher Leitfähigkeit, mechanischer Belastbarkeit und thermischer Stabilität aus und sind besonders für die Fertigung von kapazitiven Sensoren geeignet. Die Ergebnisse der Forschung wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Das zentrale Merkmal dieser Ionogele ist eine bikontinuierliche Nanostruktur, die durch photopolymerisationsinduzierte Mikrophasenseparation erzeugt wird. In dieser Struktur bilden leitfähige Nano-Kanäle ein Netzwerk mit einem vernetzten polymerischen Gerüst, was eine effiziente Ionenleitung ermöglicht, ohne die mechanische Stabilität oder die Druckfähigkeit zu beeinträchtigen. Die Ionogele bieten eine hohe ionische Leitfähigkeit von über 3 S/m, eine Dehnbarkeit von mehr als 1500 Prozent und sind in einem breiten Temperaturbereich von -72 bis 250 °C stabil.
Dank ihrer geringen Viskosität und hohen photochemischen Reaktivität lassen sich die Ionogele präzise mit DLP-3D-Druckern verarbeiten. Dies ermöglicht die Herstellung komplexer geometrischer Strukturen mit hoher Auflösung. Ein Beispiel ist eine Octet-Truss-Struktur, die sowohl bei -30 °C als auch bei 100 °C hohe Leitfähigkeit und Verformbarkeit zeigt. Solche Strukturen bieten Potenzial für elektrochemische Doppelschicht-Kondensatoren (EDL) und kapazitive Sensoren mit erhöhter Sensitivität und linearem Druckverhalten.
Die 3D-gedruckten Sensoren zeigen exzellente Leistungen wie schnelle Reaktionszeiten, Stabilität über viele Zyklen und eine zuverlässige Funktion in extremen Temperaturbereichen. Sie wurden bereits in einem robotischen Greifer integriert, der Signale im Bereich von -30 °C bis 150 °C erfassen kann. Zudem wurde eine Drucksensor-Matrix mit 16 Sensoren entwickelt, die in Echtzeit hochauflösende Druckkarten erstellen kann. Die Forschung markiert einen wichtigen Schritt in der Entwicklung von Ionogelen für vielseitige Anwendungen in der Robotik und Sensorik.