01.06.2023

Risse für dehnbare Elektronik

Neuer Designansatz nutzt Computersimulationen der Rissausbildung.

Dehnbare Elektronik prägt bei steigender Nachfrage den technischen Fortschritt unserer Zeit mit. Ob in der Robotik, Unterhaltungs­elektronik, Sport­wissenschaft oder Biomedizin – mit flexiblen elektronischen Systemen lassen sich neue Anwendungs­felder erschließen. Wissenschaft­lerinnen und Wissenschaftler der Bergischen Universität Wuppertal ist es nun gelungen, einen neuartigen Designansatz für die dafür benötigten Bauelemente zu entwickeln.

Abb.: Computer­simulationen offenbaren die Ausbildung von Rissen und damit die...
Abb.: Computer­simulationen offenbaren die Ausbildung von Rissen und damit die Grenzen der dehnbaren Strukturen. (Bild: BU Wuppertal)

Die Heraus­forderung bei der Entwicklung flexibler Elektronik besteht darin, dass konventionelle elektronische Bauelemente und Leitermaterialien unter den großen Dehnungen in der Anwendung versagen würden. Wissenschaftler forschen daher an immer neuen, ausge­klügelten Designs für die Dehnbarkeit der in den Systemen verbauten Verbund­werkstoffe. In einem jüngst abgeschlossenen Projekt arbeiteten fakultäts­übergreifend Wuppertaler Forschende aus den Fachgebieten für großflächige Optoelektronik und für computer­gestützte Modellierung in der Produktentwicklung zusammen. Unter Leitung von Patrick Görrn entwickelte das Team einen neuartigen Designansatz für dehnbare Verbund­werkstoffe, der darauf basiert, ein Muster von stabilisierten Oberflächen­rissen auszunutzen: Wenn die Struktur verformt wird, weiten sich die Risse und entlasten so einen Teil des Materials, damit die empfindlichen leit­fähigen Metall­schichten und Bauteile vor großen Verformungen geschützt werden.

Wie genau die Riss­ausbildung und die Dehnungs­entlastung in diesen Strukturen funktioniert und wie zuverlässig diese Mechanismen sind wurde wiederum mit Hilfe numerischer Simu­lationen von den Wuppertaler Kollegen aus dem Bereich der computer­gestützten Modellierung unter Leitung von Jana Wilmers untersucht. Die Erforschung des mechanischen Verhaltens und der jeweiligen Struktur­eigenschaften der Materialien in den Verbund­werkstoffen macht die Entwicklung von Strukturen mit maßge­schneiderten Eigenschaften möglich.

„Wir haben digitale Repräsentationen der Strukturen geschaffen, die es uns erlauben, verschiedene Werkstoff-Kombinationen und geometrische Designs effizient und ressourcen­sparend zu untersuchen und die Grenzen der extrem belastbaren und hoch dehnbaren Strukturen auszuloten“, sagt Wilmers. Die Zusammenarbeit ebnet so den Weg für die Entwicklung hoch­funktioneller dehnbarer elektronischer Systeme mit anpass­baren Eigenschaften und großer funktionaler Oberfläche. 

BU Wuppertal / JOL

Weitere Infos

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

Sonderhefte

Physics' Best und Best of
Sonderausgaben

Physics' Best und Best of

Die Sonder­ausgaben präsentieren kompakt und übersichtlich neue Produkt­informationen und ihre Anwendungen und bieten für Nutzer wie Unternehmen ein zusätzliches Forum.

Meist gelesen

Themen