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.
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
