CH: Revolutionäre Entdeckung

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Revolutionäre Entdeckung: Forschende entwickeln 3D-druckbare, biologisch abbaubare Sensoren und Displays auf Basis von Cellulose und Kohlenstoff-Nanoröhrchen

Dübendorf, St. Gallen und Thun, 04.07.2023 - Ein bahnbrechendes Material hat das Potenzial, die Welt der Elektronik zu revolutionieren: Forschende des Empa-Labors "Cellulose & Wood Materials" haben mithilfe von 3D-Druck biologisch abbaubare Sensoren und Displays entwickelt. Das Geheimnis liegt in einer speziellen Mischung aus Hydroxpropyl-Cellulose, Wasser, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Cellulose-Nanofasern, die je nach Temperatur und Dehnung ihre Farbe ändert, ohne Pigmente hinzuzufügen.

Die Grundlage für diese Entdeckung bildet Hydroxpropyl-Cellulose (HPC), ein vielseitig einsetzbarer Hilfsstoff, der unter anderem in der Pharmazie, Kosmetik und Lebensmittelindustrie verwendet wird. Durch Zugabe von Wasser bildet HPC Flüssigkristalle, deren Struktur von der Konzentration abhängt. Diese Flüssigkristalle zeigen strukturelle Färbung, ähnlich wie bei Pfauenfedern oder Schmetterlingsflügeln, bei denen mikroskopische Strukturen das einfallende Tageslicht in spektrale Farben "aufspalten" und nur bestimmte Farben reflektieren.

Die Forschenden um Gustav Nyström haben der Mischung aus HPC und Wasser zusätzlich 0,1 Prozent Kohlenstoff-Nanoröhrchen zugesetzt. Dadurch wird das Material elektrisch leitfähig und ermöglicht die Steuerung der Farbe der Flüssigkristalle durch das Anlegen einer elektrischen Spannung. Zudem intensiviert der Kohlenstoff die Farben. Durch Zugabe von Cellulose-Nanofasern wurde die Mischung sogar 3D-druckbar, ohne die Farbgebung und Leitfähigkeit zu beeinträchtigen.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig: Die Forscher haben mithilfe des 3D-Drucks Dehnungssensoren entwickelt, deren Farbe sich je nach Verformung ändert, sowie ein einfaches Display mit sieben elektrisch gesteuerten Segmenten. Diese Entdeckung eröffnet die Tür für nachhaltige Sensoren und Displays in Bereichen wie der Lebensmittelkontrolle, der biomedizinischen Diagnose und der biologisch abbaubaren Elektronik.

Dr. Gustav Nyström, Leiter des Labors, betont, dass es noch viele offene Fragen zur strukturellen Färbung gibt und wie sie sich durch verschiedene Zusatzstoffe oder Umwelteinflüsse verändert. Das Team wird weiterhin intensiv daran arbeiten, weitere interessante Phänomene und Anwendungsmöglichkeiten zu entdecken.

Diese bahnbrechende Entwicklung bringt uns dem Ziel nachhaltiger, umweltfreundlicher Elektronik einen Schritt näher und zeigt das enorme Potenzial von Cellulose als vielseitiges Material für die Zukunft.

Herausgeber:

Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

http://www.empa.ch