Flüssigmetall: Flexible Leiterbahnen aus dem Tintenstrahldrucker

An der US-amerikanischen Purdue University haben Forscher ein neues Verfahren entwickelt, um mithilfe von Flüssigmetall aus Tintenstrahldruckern flexible Leiterbahnen auf beliebige Oberflächen aufzutragen. Anwendungsgebiete sollen unter anderem in der Robotik und bei tragbarer Elektronik in Form von Kleidung liegen.

Leitfähige Tinte ist keineswegs neu, US-Wissenschaftler haben nun allerdings eine neue Methode entwickelt, um Schaltungen aus dem Tintenstrahldrucker zu ermöglichen. Das Verfahren setzt auf „mechanisch gesinterte Gallium-Indium-Nanopartikel“. Bei dem Verfahren wird Flüssigmetall auf Basis von eutektischem Gallium-Indium für Tintenstrahldrucker gangbar gemacht, das sich so in Massenproduktion für flexible sowie dehnbare Leiterbahnen auf Textilien und ähnliche elastische Oberfläche auftragen lassen soll.

Mittels Ultraschall wird das flüssige Metall zu Nanopartikeln zerstreut und dabei gleichzeitig in einem nichtmetallischen Lösungsmittel als Träger (beispielsweise Ethanol) aufgelöst. Dadurch passt das Flüssigmetall in gewünschtem Maße durch die Düsen eines Tintenstrahldruckers. Das Ethanol verflüchtigt sich nach dem Druckvorgang, wodurch lediglich das Flüssigmetall auf der bedruckten Oberfläche zurückbleibt.

Anschließend müssen die Nanopartikel durch leichten Anpressdruck wieder zusammengebracht werden. Dies ist notwendig, da die Teilchen durch eine Schicht aus oxidiertem Gallium ihrer elektrischen Leitfähigkeit beraubt werden. Durch das Anpressen bricht die Schicht und die Partikel bilden wieder einen zusammenhängenden Film. Der Druck lässt sich wahlweise auch gezielt auf bestimmte Leiterbahnen anwenden, wodurch sich beispielsweise nur jene aktivieren lassen, die auch benötigt werden. So ließe sich etwa eine Art Blanko-Layout drucken, das je nach Anwendungsszenario anpassbar ist.

Die neue Technik soll beispielsweise bei Robotern, in Verbindung mit Kleidung zur Interaktion mit Computern oder zu Therapiezwecken sowie bei implantierbaren Geräte zur Anwendung kommen. Die Wissenschaftler wollen künftig herausfinden, wie sich die Interaktion zwischen der „Tinte“ und der jeweiligen Oberfläche eventuell förderlich auf die Produktion spezifischer Geräte auswirkt. Außerdem soll weiter geklärt werden, wie sich die Partikel auf wasseranziehenden respektive –abweisenden Oberflächen ausrichten. Eine ausführliche Abhandlung der Forschungsergebnisse wird im Magazin „Advanced Materials“ veröffentlicht.