3D-Druck Aerogele isolieren Kleinstbauteile

Forschern der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) ist es gelungen, Aerogele für die Mikroelektronik und im Bereich der Feinmechanik zugänglich zu machen. Im 3D-Druck hergestellte, maßgeschneiderte Formteile aus Silica-Aerogel und Silica-Komposit-Werkstoffen könnten in Zukunft Wärme aus elektronischen Bauteilen wirkungsvoll abschirmen.

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EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt

Per 3D-Druck haben die Forscher stabile Mikrostrukturen aus Silica-Aerogel hergestellt. Die gedruckten Strukturen können bis zu einem 1/10 mm dünn sein. Die Wärmeleitfähigkeit des Silica-Aerogels liegt bei knapp 16 mW/(m*K). Sie ist damit nur halb so groß wie diejenige von Polystyrol und sogar deutlich kleiner als diejenige einer unbewegten Luftschicht mit 26 mW/(m*K). Gleichzeitig weist das neuartige, 3D-gedruckte Silica-Aerogel noch bessere mechanische Eigenschaften auf und lässt sich sogar bohren und fräsen. Dadurch ergeben sich vollkommen neue Möglichkeiten zur Nachbearbeitung von 3D-gedruckten Aerogel-Formteilen.

Mit der inzwischen zum Patent angemeldeten Methode ist es möglich, die Fließ- und Erstarrungseigenschaften der silikatischen Tinte, aus dem später das Aerogel entsteht, exakt einzustellen, sodass sich sowohl selbsttragende Strukturen als auch hauchdünne Membranen drucken lassen. Als Beispiel für überhängende Strukturen haben die Forscher Blätter und Blüten einer Lotusblume gedruckt. Das Versuchsobjekt schwimmt aufgrund der hydrophoben Eigenschaften und geringen Dichte des Silica-Aerogels auf der Wasseroberfläche - genau wie sein natürliches Vorbild. Auch der Druck von komplexen 3D-Multimaterial-Mikrostrukturen ist durch die neue Technologie nun erstmals möglich.

Mit solchen Strukturen ist es laut den Empa-Forschern vergleichsweise trivial, auch kleinste elektronische Bauteile voneinander thermisch zu isolieren. Die Forscher konnten bereits die thermische Abschirmung eines temperaturempfindlichen Bauteils sowie das thermische Management eines lokalen "Hot Spots" demonstrieren. Eine weitere mögliche Anwendung ist die Abschirmung von Wärmequellen im Inneren medizinischer Implantate, die zum Schutz des Körpergewebes eine Oberflächentemperatur von 37 °C nicht übersteigen sollten. Durch den 3D-Druck lassen sich Multischicht-Multimaterial-Kombinationen deutlich zuverlässiger und reproduzierbarer fertigen, heißt es.

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