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Elektronische Bauelemente Wozu sich dehnbare Elektronik einsetzen lässt

Quelle: Bergischen Universität Wuppertal 2 min Lesedauer

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Sogenannte dehnbare Elektronik liege im Trend und präge den Fortschritt unserer Zeit mit. Für Robotik, Unterhaltungselektronik, Sportwissenschaft oder Biomedizin winken neue Möglichkeiten.

Elastische Elektronik! Wird die Struktur der Verbundwerkstoffe verformt, weiten sich bestehende Risse. Mit Computersimulationen haben Wuppertaler Wissenschaftler nun die Ausbildung der Risse genauer untersucht und die Grenzen der dehnbaren Strukturen ausgelotet.(Bild: Uni Wuppertal)
Elastische Elektronik! Wird die Struktur der Verbundwerkstoffe verformt, weiten sich bestehende Risse. Mit Computersimulationen haben Wuppertaler Wissenschaftler nun die Ausbildung der Risse genauer untersucht und die Grenzen der dehnbaren Strukturen ausgelotet.
(Bild: Uni Wuppertal)

Schon heute gibt es beispielsweise elektrisch leitfähige Wundauflagen, mit denen sich Körperfunktionen von Patienten überwachen lassen – ohne deren Bewegungsfreiheit einzuschränken – und die so dazu beitragen, die Heilung von Verletzungen zu beschleunigen. Das Potenzial dehnbarer Elektronik ist noch längst nicht ausgeschöpft, heißt es dazu. Die Herausforderung bei der Entwicklung solcher Systeme bestehen darin, dass konventionelle elektronische Bauelemente und Leitermaterialien unter den großen Dehnungen in der Anwendung versagen würden. Wissenschaftler forschen deshalb an immer neuen Designs für die Dehnbarkeit der in den Systemen verbauten Verbundwerkstoffe. Dazu gehört auch die Bergische Universität Wuppertal.

Mit Optoelektronik- und Computermodellierungs-Know-how

Unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Patrick Görrn entwickelten die Wuppertaler Optoelektroniker einen neuartigen Designansatz für dehnbare Verbundwerkstoffe, der darauf basiert, ein Muster von stabilisierten Oberflächenrissen auszunutzen. Denn wenn die Struktur verformt wird, weiten sich bekanntlich die Risse und entlasten so einen Teil des Materials, erklären die Experten. Damit können die empfindlichen leitfähigen Metallschichten und Bauteile vor großen Verformungen geschützt werden.

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Wie genau die Rissausbildung und die daraus resultierende Dehnungsentlastung in diesen Strukturen funktioniert und wie zuverlässig diese Mechanismen sind, wurde mithilfe numerischer Simulationen von den Kollegen aus dem Bereich der computergestützten Modellierung unter Leitung von Dr.-Ing. Jana Wilmers untersucht, wie es weiter heißt. Die Erforschung des mechanischen Verhaltens und der jeweiligen Struktureigenschaften der Materialien in den Verbundwerkstoffen macht nämlich die Entwicklung von Strukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften möglich, wie betont wird.

Neue Anwendungen dank dehnbarer, flexibler Elektronik

„Wir haben digitale Repräsentationen der Strukturen geschaffen, die es uns erlauben, verschiedene Werkstoffkombinationen und geometrische Designs effizient und ressourcensparend zu untersuchen und die Grenzen der extrem belastbaren und hoch dehnbaren Strukturen auszuloten“, so Wilmers. Die fakultätsübergreifende Zusammenarbeit von Forschern der Bergischen Universität ebnete so den Weg für die Entwicklung hoch funktioneller, dehnbarer elektronischer Systeme mit anpassbaren Eigenschaften und großer Oberfläche, heißt es weiter. Auf den Punkt gebracht, bedeutet das, dass es die beste Voraussetzung dafür ist, flexible Elektronik zukünftig noch besser zu machen, um dafür neue Anwendungsbereiche zu erschließen.

Das Forschungsprojekt, im Rahmen dessen die Arbeit lief, heißt „Modellierung und Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von grenzflächen-strukturierten Mehrschichtkompositen unter großen Deformationen“. Es wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) über knapp zweinhalb Jahre mit 200.645 Euro gefördert.

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