Seit dem 1. Januar 2021 untersucht die Juniorforschungsgruppe „Elektrofluide“ am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken ungewöhnliche elektrisch leitfähige Materialien. Dr. Lola González-García, Leiterin der neuen Gruppe, wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einem Starting Grant in Höhe von 1,5 Millionen Euro ausgezeichnet. Damit will sie in den nächsten fünf Jahren mit ihrem Team am INM stromleitende „Elektrofluide“ entwickeln, die als Alternative zu festen Materialien in weichen elektronischen Bauteilen eingesetzt werden können. Die ERC Starting Grants fördern vielversprechende junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Beginn ihrer Karriere.
Elektrofluide – dynamische elektrische Leiter
Im Gegensatz zu ihren Kollegen aus Metall sollen weiche Roboter besonders feinfühlig sein. Starre Schaltkreise und harte Kabel schränken diese Fähigkeit ein. Elektrisch leitende Flüssigkeiten könnten da Abhilfe schaffen, aber Quecksilber ist teuer und zudem giftig. Die Idee hinter den neuartigen Elektrofluiden: Man gibt kleinste Teilchen eines stromleitenden Materials in eine Flüssigkeit, und zwar in so hoher Konzentration, dass immer elektrisch leitende Kontakte bestehen. „Das ist ein wenig wie in Zahnpasta“, sagt Lola González-García. „In der Tube ist sie recht fest, wenn man sie herausdrückt, wird sie aber flüssig. Das liegt am hohen Anteil fester Partikel.“ Nimmt man als Partikel Metall oder Kohle, erhält man ein Elektrofluid.
„Elektrofluide sind dynamische elektrische Leiter. In Ruhe sind die stromleitenden Teilchen mit ihren Nachbarteilchen in Kontakt. Fließt das Elektrofluid, entstehen ständig neue Kontakte, so dass es insgesamt ständig leitet.“
Dr. Lola González-García
Kabel, die anstelle eines Kupferdrahtes ein Elektrofluid als leitenden Kern hätten, wären somit äußerst anpassungsfähig und ließen sich beliebig dehnen und verformen.
Diese Eigenschaften machen die Elektrofluide interessant für „weiche“ Elektronik. Bekannte Beispiele dafür sind sogenannte Wearables, also Elektronik, die am menschlichen Körper getragen wird, wie zum Beispiel Smartwatches und Fitnessarmbänder. „Dank Elektrofluiden können wir solche Bauteile noch weicher machen“, erläutert González-García.
Nachhaltigkeit als Verpflichtung
Für die INM-Forschungsgruppe ist die Nachhaltigkeit des neuen Materials von großer Bedeutung. Daher befasst sie sich bereits bei der Entwicklung der Elektrofluide mit deren Rückgewinnung und dem Recyceln der Bestandteile. Die INM-Forscherin ist überzeugt: „Wissenschaftler, die neue Materialien entwickeln, haben die Verpflichtung, gleichzeitig zu überlegen, was mit diesen Materialien am Ende ihrer Nutzungsdauer zu tun ist.“