{"id":344742,"date":"2022-01-06T11:00:00","date_gmt":"2022-01-06T10:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=344742"},"modified":"2022-01-06T11:00:00","modified_gmt":"2022-01-06T10:00:00","slug":"ohne-chemische-gifte-neuartige-silbertinte-fuer-stretchables","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/ohne-chemische-gifte-neuartige-silbertinte-fuer-stretchables\/","title":{"rendered":"Ohne chemische Gifte – neuartige Silbertinte f\u00fcr Stretchables"},"content":{"rendered":"\n

Wenn man Elektronik in weiche und bewegliche Materialien integriert, dann ist die Knautsch- und Dehnf\u00e4higkeit ein wichtiges Kriterium. In elastischen Kunststofffolien oder Textilien m\u00fcssen die erforderlichen Komponenten hohen mechanischen Belastungen standhalten. Die Forschung auf dem Gebiet dieser sogenannten dehnbaren Elektronik <\/em>oder Stretchables <\/em>ist in vollem Gange. Erm\u00f6glichen diese doch die technologische Interaktion zwischen Umgebung und K\u00f6rper. Integriert in Textilien oder Pflaster k\u00f6nnen Stretchables zur Leistungsaufzeichnung beziehungsweise -optimierung sowie zur \u00dcberwachung der k\u00f6rperlichen Funktionen eingesetzt werden. Weitere Anwendungsgebiete sind unter anderem Prothesen und Roboterarme.<\/p>\n\n\n\n

Tintensysteme f\u00fcr Stretchables<\/h3>\n\n\n\n

Es gibt zwei Verfahren, Elektronik wie Leiterbahnen oder Sensoren auf dehnbare Oberfl\u00e4chen aufzubringen: Tintenstrahldruck und Siebdruck. Wobei bei Tintenstrahldruck die etwas fl\u00fcssigere Tinte und bei Siebdruck Paste von honig\u00e4hnlicher Konsistenz eingesetzt wird.  Dadurch weist diese eine h\u00f6here Viskosit\u00e4t auf. G\u00e4ngige Technologien f\u00fcr leitf\u00e4hige Tinten- und Pastensysteme basieren auf nano- oder mikroskalierten F\u00fcllstoffen wie etwa Silber micro flakes.<\/em> Die F\u00fcllstoffpartikel werden mit Polymeren verbunden und verleihen diesen die Leitf\u00e4higkeit. Der Nachteil diese F\u00fcllstoffe? Sie sind sehr teuer.<\/p>\n\n\n\n

Selbstreduzierende Tintensysteme<\/h3>\n\n\n\n

Ein vielversprechender Ansatz f\u00fcr Stretchables wurde in selbstreduzierenden Tintensystemen gefunden. Dabei werden die F\u00fcllstoffe  nicht beigemengt, sondern entstehen im Druckprozess in der Aush\u00e4rtungsphase des Komplexes. Diese selbstreduzierenden Tintensysteme w\u00e4ren erschwinglicher, k\u00f6nnen aber kommerziell noch nicht umgesetzt werden, weil giftige Chemikalien in die Herstellung involviert sind. <\/p>\n\n\n\n

Auch interessant:<\/strong> Konstante Leitf\u00e4higkeit in dehnbaren E-Textilien<\/a><\/p>\n\n\n\n

\u201eDie bis dato in der Literatur beschriebenen selbstreduzierenden Tintensysteme f\u00fcr die Herstellung dehnbarer Leiterbahnen beinhalten toxische Reduktionsmittel wie beispielsweise Natriumborhydrid<\/em>, die Mensch und Umwelt schaden\u201c, erkl\u00e4rt Professor Thomas Grie\u00dfer<\/a> vom I<\/em>nstitut f\u00fcr Chemie der Kunststoffe<\/em> an der Montanuniversit\u00e4t Leoben<\/em><\/a>. <\/em>Er und sein Team haben gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung ein gleichwertiges Tintensystem entwickelt, das ohne diese giftigen Chemikalien auskommt.<\/p>\n\n\n\n

Die bis dato in der Literatur beschriebenen selbstreduzierenden Tintensysteme f\u00fcr die Herstellung dehnbarer Leiterbahnen beinhalten toxische Reduktionsmittel wie beispielsweise Natriumborhydrid<\/em>, die Mensch und Umwelt schaden. <\/p>Prof. Dr. Thomas Grie\u00dfer<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Silbertinte<\/h3>\n\n\n\n

Das gelang den Forschern, indem sie ein neuartiges Tintensystem entwickelten, das auf der selbstreduzierenden Silberverbindung  Silberformiat<\/em> basiert. Die leitf\u00e4higen Komponenten der Tinte bestehen aus Silbernanopartikeln. Diese k\u00f6nnen durch Selbstreduktion einer Silberverbindung hergestellt werden. Als Reduktionsmittel fungiert das Formiat Anion<\/em>, ein Salz der Ameisens\u00e4ure. Im Reduktionsprozess erw\u00e4rmt man die Tinte, damit sich die Silberverbindung zu elementarem Silber zersetzt.<\/p>\n\n\n\n

Polymerisation<\/h3>\n\n\n\n

Dar\u00fcber hinaus enth\u00e4lt das Tintensystem auch Monomere, die bei erh\u00f6hter Temperatur zu einem Elastomer polymerisieren. Dies f\u00fchrt zur Bildung eines Nanokomposit-Materials. Das sind Silbernanopartikel, die in einer elastomeren Matrix eingebettet sind und auch bei Dehnung eine hohe Leitf\u00e4higkeit aufweisen.<\/p>\n\n\n\n

Das elementare Silber bildet Nanostrukturen, die in eine polymere Matrix eingebettet werden und dem gedruckten Tintenfilm die Leitf\u00e4higkeit verleihen. <\/p>Prof. Dr. Thomas Grie\u00dfer<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

Die Reduktion der Silberverbindung und die Polymerisation der Monomere erfolgen gleichzeitig. Ausgel\u00f6st wird dies durch die Erw\u00e4rmung des Komplexes auf \u00fcber 100 Grad Celsius im Druckprozess. Das Forschungskonsortium testete das Verfahren sowohl in Form von Tinte als auch in Form von Paste. Beides konnte mittels Druck strukturiert auf dehnbare Materialien aufgebracht werden.<\/p>\n\n\n\n

Sensoren und Leiterbahnen<\/h3>\n\n\n\n

Entwickelt wurden Tintensysteme f\u00fcr Sensoren und Leiterbahnen. Herausforderung war es, das elektronische Verhalten f\u00fcr beide Anwendungsf\u00e4lle zu realisieren. Grie\u00dfer: \u201eBei Leiterbahnen m\u00f6chte man eine geringe \u00c4nderung im elektrischen Widerstand unter mechanischer Belastung haben. Im Gegensatz soll sich die Leitf\u00e4higkeit bei Sensoren unter Dehnung stark \u00e4ndern.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Bei den Sensoren handelt es sich hingegen um Dehnsensoren. Das hei\u00dft, deren Funktion beruht auf der Vergr\u00f6\u00dferung des Abstands der Silberpartikel in der Kunststoffmatrix und der \u00c4nderung des Widerstands.<\/p>\n\n\n\n

Enorme Dehnbarkeit<\/h3>\n\n\n\n

Neu an dem System ist auch die enorme Dehnbarkeit der Leiterbahnen und Sensoren, die bei bis zu 200 Prozent liegt, erkl\u00e4rt der Professor. Im Vergleich zu g\u00e4ngigen dehnbaren Siebdruckpasten erwies sich das neuartige System auch bei zyklischer Belastung als \u00fcberlegen. Daraus ergeben sich eine Vielzahl von Anwendungsgebieten.<\/p>\n\n\n\n

Die neuartige selbstreduzierende Tinte erm\u00f6glicht es, Stretchables auf elastischen Folien zu realisieren. Als solches w\u00e4re die Tinte zum Beispiel ein ideales Material zum Einsatz in k\u00fcnstlicher Haut von Prothesen oder Robotern, skizziert Grie\u00dfer. Auch die Verwendung in intelligenter Kleidung zur \u00dcberwachung der K\u00f6rperfunktionen w\u00e4re denkbar.<\/p>\n\n\n\n

Sensorenpflaster<\/h3>\n\n\n\n

In Zusammenarbeit mit Joanneum Research Materials Weiz<\/a><\/em>, AT&S<\/em> <\/a>Austria Technologie & Systemtechnik AG<\/em> und dem Start-up Human Research<\/em> <\/a>konnte mit der Technologie bereits ein Sensorenpflaster entwickelt werden. Dabei wurde die Tinte strukturiert im Siebdruck auf eine d\u00fcnne elastische Folie gedruckt. Das Sensorpflaster ist selbstklebend und wird auf den Brustkorb aufgebracht, wo es die simultane \u00dcberwachung der Herz- und Atemaktivit\u00e4t erm\u00f6glicht. Es gibt aber auch noch andere Anwendungen in Medizin und Sport f\u00fcr solche Sensorenpflaster.<\/p>\n\n\n\n

Die Vorteile des Sensorpflasters liegen in einem hohen Tragekomfort und geringen Herstellungskosten. Au\u00dferdem ist es umweltfreundlich, weil es zu einem gro\u00dfen Teil aus einer Polyurethanfolie besteht, die biologisch abbaubar ist. Das in den gedruckten Leiterbahnen enthaltene Silber kann einfach rezykliert werden.<\/p>\n\n\n\n

Anwendung im Bergbau<\/h3>\n\n\n\n

Ein weiteres Anwendungsfeld haben die Forscher von der Montanuniversit\u00e4t Leoben<\/em> gemeinsam mit ihren Kollegen vom Lehrstuhl f\u00fcr Bergbaukunde<\/a><\/em> gefunden: Im Bergbau werden Gebirgsanker verwendet, um Hohlr\u00e4ume im Berg zu sichern. Gebirgsanker sind als lange Metallstangen vorzustellen, die als St\u00fctzen fungieren. Unter der hohen Gebirgslast k\u00f6nnen sich diese Metallstangen verformen. Um L\u00e4ngenver\u00e4nderungen rechtzeitig zu erkennen, arbeiten die Forscher nun an Sensorfolien, welche diese detektieren.<\/p>\n\n\n\n

Auch interessant:<\/strong> Neue Sensoren verbessern gedankengesteuerte Prothesen<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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