Werkstoff Chinesische Forscher entwickeln elastisches ferroelektrisches Material

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Ein neues Material aus China dürfte ein Hit bei den Entwicklern von tragbaren Endgeräten im Medizin- und Fitnessbereich werden: Ein Team von Forschern in der Küstenstadt Ningbo hat ein hochelastisches ferroelektrisches Material entwickelt, berichtet die Chinesische Akademie der Wissenschaften (CAS) auf ihrer Webseite.

Ferroelektrische Materialien haben die Eigenschaft, dass ihre Polarisation durch ein externes elektrisches Feld umgekehrt werden kann. Sie sind daher sehr nützlich für das Prozessieren und Speichern von Daten und auch für die Sensorik, werden daher häufig beim Bau von Mobiltelefonen, Tablets und anderen elektronischen Endgeräten eingesetzt.

Allerdings haben die bisher verfügbaren ferroelektrischen Materialen ein schwaches elastisches Rückstellverhalten – typischerweise unter zwei Prozent – was ihren Einsatz in „Wearable Devices“ und in der Biomedizin bislang einschränkt, weil dort weiche, mit dem menschlichen Körper kompatible Stoffe benötigt werden.

Balance zwischen ferroelektrischen Eigenschaften und Elastizität

Professor Li Runwei, seine Kollegen Gao Liang und Hu Benlin und ihr Team am „Ningbo Institute of Material Technology and Engineering“ (NMTE), das zu CAS gehört, haben nun eine „leichte Crosslinking-Methode“ entwickelt, mit der ferroelektrische Materialien elastisch gemacht werden können, schreiben sie einem Aufsatz für das angesehene Wissenschaftsjournal „Science“. Durch präzises Design und Kontrolle der kristallinen Struktur des Materials könne eine optimale Balance zwischen den gewünschten ferroelektrischen Eigenschaften und der Elastizität erreicht werden, die bis auf 125 Prozent ansteige, sagte Professor Hu in einem Interview mit dem chinesischen Staatsfernsehen CCTV.

„Diese Arbeit ist absolut atemberaubend und ganz sicher ein Meilenstein auf diesem Gebiet,“ schreibt ein Kommentator in „Science“. Das Team habe mit seiner Studie „eine neue Forschungsrichtung etabliert, die der elastischen Ferroelektrika,“ zitierte CAS den angesehenen Professor Xiong Rengen, einen Experten für solche Materialien.

Das neue Material könne „wiederholt gedehnt werden ohne dass seine ferroelektrischen Eigenschaften degradiert werden“, heißt es in der Einleitung zu dem Science-Artikel. Damit sei es es eine potenziell attraktive Strategie zur Entwicklung von tragbaren Endgeräten für die Biomedizin oder im Markt für Fitness-Tracker, so die Redaktion und die Autoren des Beitrags.

Hybrider Werkstoff

Hart wie Keramik und gleichzeitig elastisch wie Gummi

Dank Crosslinking zum ferroelektrischen Gummiband

Die chinesische Wissenschaftszeitung Keji Ribao verglich den Effekt der neuen Methode mit dem Stricken eines „Fischernetzes” durch chemisches Crosslinking, womit eine Art „ferroelektrisches Gummiband“ entstehe. Mit dieser neuen Elastizität könnten die Materialien die Entwicklung der gesamten Industrie für tragbare mobile Endgeräte neu „befeuern“, schreibt die Keji Ribao.

Wo ferroelektrische Materialien zum Einsatz kommen

Ferroelektrische Materialien werden unter anderem zur Herstellung von Speichermedien in der Halbleiterindustrie („RAM“) eingesetzt, weshalb sie heutzutage in vielen Smartphones, Tablets und anderen elektronischen Endgeräten anzutreffen sind. Aber auch zur Produktion von Sonargeräten und Hochpräzisions-Motoren werden ferroelektrische Materialien gerne eingesetzt. In ultra-sensiblen Sensoren sind sie für die besonders hohe Genauigkeit der Messwerte verantwortlich. Auch in besonders leistungsstarken Kondensatoren kommen die Materialien häufig zum Einsatz.

* Henrik Bork, langjähriger China-Korrespondent der Süddeutschen Zeitung und der Frankfurter Rundschau, ist Managing Director bei Asia Waypoint, einer auf China spezialisierten Beratungsagentur mit Sitz in Peking. „China Market Insider“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Vogel Communications Group, Würzburg, und der Jigong Vogel Media Advertising in Beijing.

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