Zellulose hält biegsame Elektronik trocken

Beschichtung aus Nanofasern verhindert Eindringen von Feuchtigkeit

Schutzschicht: So wirken die Cellulose-Nanofasern (Grafik: Osaka University)

Osaka/Washington (pte015/01.04.2021/11:30)

Flexible tragbare Elektronik, die beispielsweise in Kleidungsstücke integriert werden kann – biegsame Displays etwa – lassen sich schlecht gegen eindringende Feuchtigkeit schützen. Gerade weil sie biegbar ist wird das Dichtmaterial mit der Zeit rissig, sodass Wasser eindringen kann. Dem schieben Japaner der Osaka University https://www.osaka-u.ac.jp/en in Japan jetzt einen Riegel vor. Sie beschichten die Geräte mit Cellulose-Nanofasern, die ähnliche Eigenschaften haben wie eine Kunststoffhülle. Sie werden aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt, wie Papier.

[b]Nanofasern laufen zur Hochform auf[/b]

Eine Art Papier soll Wasser am Eindringen hindern? Manch einer wird den Kopf schütteln, weil er weiß, dass Cellulose Wasser begierig aufsaugt. Das tut auch die Nano-Schutzschicht. Doch sie gibt es nicht weiter, sodass die damit bedeckte Elektronik geschützt bleibt. „Unsere Ergebnisse sind nicht auf einfachen Ionenaustausch oder Nanofaserlängen zurückzuführen", sagt Masaya Nogi, die die Entwicklung geleitet hat. „Die Nanofasern aggregieren in Wasser zu einer Schutzschicht, die durch lokal saure Bedingungen und Polymervernetzung dicht wird." Sie laufen unter Wasser gewissermaßen zur Hochform auf.

[b]300 Biegevorgänge hatten keine negativen Folgen[/b]

„Wir ließen auf eine ungeschützte Kupferelektrode Wasser tropfen", sagt Takaaki Kasuga, der zum Team gehört. „Nach fünf Minuten war sie nicht mehr funktionsfähig. Ganz anders das von Nanofasern geschützte Bauteil. Es war auch einer 24-stündigen Berieselung noch intakt. 

Dann wollten es die Forscher ganz genau wissen. Innerhalb einer Stunde verbogen sie die Schutzschicht unter Wasser 300 Mal. Sie wies keine Beschädigung auf, weil sie sich selbst reparierte, wenn ein winziger Riss auftrat. Dabei ist die Schutzschicht mit 1,5 Mikrometern extrem dünn. 

[b]Schutzschicht soll fester Elektronik-Bestandteil werden[/b]

„Mit unserer Schutzschicht überzogene Elektronik kann man dehnen, biegen und falten. Dabei behält sie ihre Schutzwirkung", sagt Kasuga. Das sei entscheidend für den Einsatz von elektronischen Geräten unter extremen Bedingungen, bei denen ein Ausfall nicht akzeptabel sei, beispielsweise bei medizinischen Geräten, die in Notfällen eingesetzt werden. Die japanischen Forscher glauben, dass ihre Innovation in den nächsten Jahren zu einem festen Bestandteil elektronischer Geräte wird. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in Applied Nano Materials, der Zeitschrift der American Chemical Society https://www.acs.org/ in Washington.

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