Zellulose hält biegsame Elektronik trocken

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

Osaka/Washington (pte015/01.04.2021/11:30) - Flexible Elektronik, wie biegsame Displays, die in Kleidungsstücke integriert sind, lässt sich schlecht gegen eindringende Feuchtigkeit schützen. Dem schieben Forscher der Osaka University https://www.osaka-u.ac.jp/en jetzt einen Riegel vor. Sie beschichten die Geräte mit Cellulose-Nanofasern, die ähnliche Eigenschaften haben wie eine Kunststoffhülle und die Elektronik vor Wasser schützen. Wie Papier werden diese Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt.

Nanofasern laufen zur Hochform auf

Auf den ersten Blick scheint der Ansatz kontraintuitiv, da 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", erläutert 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 also feucht gewissermaßen zur Hochform auf.

Wie gut das funktioniert, zeigten Experimente. "Wir ließen auf eine ungeschützte Kupferelektrode Wasser tropfen", sagt Teammitglied Takaaki Kasuga. "Nach fünf Minuten war sie nicht mehr funktionsfähig. Ganz anders ein von Nanofasern geschütztes Bauteil. Es war auch nach einer 24-stündigen Berieselung noch intakt. Ein weiterer Vorteil der Fasern ist, dass sie mechanische Belastung gut vertragen. Die Forscher verbogen die Schutzschicht unter Wasser innerhalb einer Stunde 300 Mal. Sie wies danach keine Beschädigung auf, weil sie sich selbst reparierte, wenn ein winziger Riss auftrat. Dabei ist die Schutzschicht mit 1,5 Mikrometern extrem dünn.

Schutzschicht soll fester Elektronik-Bestandteil werden

"Mit unserer Schutzschicht überzogene Elektronik kann man dehnen, biegen und falten. Dabei bleibt ihre Schutzwirkung erhalten", betont Kasuga. Das sei entscheidend für den Einsatz von elektronischen Geräten unter extremen Bedingungen, bei denen ein Ausfall nicht akzeptabel sei, etwa 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" https://pubs.acs.org/journal/aanmf6 .

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