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Neuentwicklung von Panasonic

Flexibler Werkstoff für dehnbare Elektronik

25. Februar 2016, 15:33 Uhr | Karin Zühlke

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Elastisch, weiche und dehnbar

Aufgrund der Entwicklung einer Vielfalt von tragbaren Geräten steigt die Nachfrage nach einem angenehmeren Tragegefühl, einem attraktiveren Design, einer reduzierten Größe sowie einem dünneren Profil. Polyurethan- und Kunststoffmaterialien müssen Herausforderungen in Bezug auf Haftfestigkeit, Hitzebeständigkeit und Versprödung gerecht werden. Die Nachfrage nach anpassbaren Werkstoffen, die in Bezug auf Hitzebeständigkeit, Dauerhaftigkeit und Formbarkeit hervorragend sind, ist hoch. Unter Berücksichtigung der bewiesenen Leistungsfähigkeit konventioneller duroplastischer Kunstharze und unter Einsatz der firmeneigenen Kunstharztechnologie, die dem Werkstoff hervorragende Elastizität verleihen kann, hat Panasonic ein Isoliermaterial aus duroplastischem Kunstharz entwickelt, das erstaunlich flexibel und dehnbar ist. Diese weiche und dehnbare Isolierfolie ermöglicht die Entwicklung elektronischer Geräte, die sich tragen oder an gewünschten Orten installieren lassen.

Geräte, die in Kleidung integriert oder am Körper getragen werden, sollten aus Materialien bestehen, die dem wiederholten Gebrauch standhalten und deren mechanische Eigenschaften sich selbst nach wiederholter Verformung (Dehnung und Wiederherstellung) nicht verändern. Werkstoffe, die wiederholter Dehnung und Wiederherstellung ausgesetzt sind, würden normalerweise ihre mechanische Stärke und Erholungsfähigkeit einbüßen. Panasonic hat eine einzigartige Kunstharztechnologie eingesetzt, die weit über einfache Erweichung hinausgeht, insofern als sie die charakteristische dreidimensionale vernetzte Struktur [5]von duroplastischen Kunstharzen optimal nutzt. Indem die durch Dehnung ausgelöste Eigenspannung abgeschwächt wird, kehrt die neu entwickelte Isolierfolie zu ihrer ursprünglichen Form zurück und eignet sich für den wiederholten Gebrauch. Dieses Material ermöglicht die Entwicklung elektronischer Geräte, die über eine längere Zeit getragen werden können.

Geräte, die in Kleidung integriert oder am Körper getragen werden, müssen nicht nur aus dehnbarem, isolierendem Material bestehen, sondern aus weichen, dehnbaren und leitfähigen Werkstoffen. Auf Grundlage eines dehnbaren Kunstharzes hat Panasonic ein transparentes Elektrodenmaterial und eine Leitpaste entwickelt, die selbst nach wiederholten Zyklen der Dehnung und Wiederherstellung leitfähig bleiben. Das transparente Elektrodenmaterial besteht aus einer dünnen Schicht von Kohlenstoff-Nanoröhrchen[6] auf einem Basismaterial aus dehnbarem Kunstharz. Die Leitpaste wurde produziert, indem das dehnbare Kunstharz, ein Bindemittel, mit einem Silberfüllstoff kombiniert wurde. Diese Materialien ermöglichen die Entwicklung dehnbarer Displaygeräte und Sensoren.

Technologien im Detail

Die ursprüngliche Kunstharztechnologie des Unternehmens zur Herstellung eines dehnbaren, isolierenden Materials aus einem duroplastischen Kunstharz

Duroplastische Kunstharze sind Materialien, die weitläufig und allgemein eingesetzt werden. Aufgrund des Kompromisses zwischen Weichheit und Hitzebeständigkeit besteht die Herausforderung darin, das Material weich zu machen und gleichzeitig seine Hitzebeständigkeit zu erhalten. Panasonic hat eine einzigartige Kunstharztechnologie entwickelt, die es ermöglicht, dem Material sowohl weiche als auch feste Komponenten zu verleihen. Diese Methode unterscheidet sich von der herkömmlichen Methode, bei der Elastomere hinzugefügt werden. Die Technologie nutzt die dreidimensionale vernetzte Struktur duroplastischer Kunstharze, um die durch Dehnung und Wiederherstellung ausgelöste Spannung abzuschwächen. Unter Wahrung der Kompatibilität zwischen Elastizität und Spannungsrelaxation haben wir ein isolierendes Material entwickelt, das – obwohl es aus duroplastischem Kunstharz besteht – dehnbar ist und zu seiner ursprünglichen Form zurückkehrt und sich daher für den wiederholten Gebrauch eignet.

ITO[8] wird bei transparenten Elektroden weitläufig eingesetzt. Obwohl das Material bis zu einem gewissen Grad gebogen werden kann, entwickelt es leicht Risse, wenn es gefaltet oder gedehnt wird, was die Leitfähigkeit unterbricht. Um diesen Nachteil zu beheben, ist es erforderlich, rissfreie Flexibilität und eine Leiterbahn sicherzustellen, um die Leitfähigkeit des Materials bei Dehnung oder Verformung zu erhalten. Panasonic hat eine Technologie entwickelt, die es erlaubt, eine dünne transparente leitfähige Schicht zu produzieren, die leitfähige Karbon-Nanoröhrchen in einem außergewöhnlich hohen Aspektverhältnis auf einem Basismaterial aus dehnbarem Kunstharzfilm enthält, der über optimale Eigenschaften in Bezug auf Dehnbarkeit und Formbeständigkeit verfügt. Durch den Einsatz von Karbon-Nanoröhrchen, die eine Leiterbahn erzeugen und damit die Kompatibilität zwischen Dehnbarkeit und Leitfähigkeit ermöglichen, haben wir ein dehnbares transparentes Elektrodenmaterial geschaffen, das selbst bei Verformung seine Leitfähigkeit erhält.

Kupfer oder andere Metalldrähte brechen, wenn das Basismaterial gedehnt oder zusammengezogen wird. Deshalb ist der Einsatz von Metalldrähten auf komplexen Schaltkreisen mit Schwierigkeiten verbunden. Zudem ist es aufgrund der Ermüdung des Metalls durch Verformungen schwierig, eine Metallverdrahtung zu erzielen, die wiederholter Dehnung standhält. Panasonic hat eine Technologie entwickelt, um ein dehnbares Kunstharz als Bindemittel mit einem Silberfüllstoff zu kombinieren. Das Ergebnis ist eine Leitpaste, die selbst bei Dehnung und Wiederherstellung eine Leiterbahn und damit die Leitfähigkeit erhält.