US-Wissenschaftler sehen neue Chancen für tragbare Elektronik und medizinische Sensoren
Hochleistungs-Kondensatoren zur Speicherung elektrischer Energie, sogenannte „Supercaps“, haben Forscher des Soft Machines & Electronics Laboratory der Michigan State University (SMC der MSU) entwickelt. Sie sind speziell für die Versorgung von Sensoren gedacht, die in der Medizin eingesetzt werden. Die Supercaps bestehen aus sogenannten „zerknäulten Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Wäldern“ (Crumpled Carbon Nano Tube-Forests [CNT-Forests]). Sie sind äußerst flexibel. Selbst wenn man sie auf 800 Prozent ihrer Anfangsgröße dehnt, funktionieren sie noch.
Advanced Energy Materials, Vol 9, May 2019 – Cover
Wald aus Nanoröhrchen
Die eingesetzten Nanoröhrchen wachsen auf einem Wafer nebeneinander in die Höhe. Sie bilden eine Art Wald mit einer Höhe von zehn bis 30 Mikrometern. Dieser Wald wird von der Unterlage abgelöst. Daraus formen Changyong Cao und sein Team Knäuel. Die zuerst in der Zeitschrift Advanced Energy Materials und dann in zahlreichen weiteren Publikationen veröffentlichten Ergebnisse des Teams können die Entwicklung neuer dehnbarer elektronischer Energiesysteme, implantierbarer biomedizinischer Geräte sowie intelligenter Verpackungssysteme vorantreiben.
„Der Schlüssel zum Erfolg ist der innovative Ansatz, vertikal ausgerichtete CNT-Arrays oder CNT-Wälder zu zerknittern“, unterstreicht der Direktor am Soft Machines and Electronics Laboratory. Normal wäre gewesen, einen Film aus den Nanoröhrchen herzustellen. Die Knäuel hätten dagegen eine weitaus größere Oberfläche, weil sie dreidimensional seien. Die elektrische Leitfähigkeit leide darunter nicht. Außerdem seien die Nanoröhrchen in dieser Form effektiver.
Die meisten Menschen kennen tragbare Technologien in ihrer Grundform als iWatches, die mit Smartphones kommunizieren. In diesem Beispiel sind das zwei Technologien, die Batterien benötigen. Intelligente künstliche Hautteile etwa für Verbrennungsopfer, welche die Heilung überwachen und sich selbst laden können – diese Zukunft eröffne Caos Erfindung. Im medizinischen Bereich wurde eine dehn- und tragbare Elektronik entwickelt, die extremen Verzerrungen standhalten und sich an komplizierte, unebene Oberflächen anpassen kann. In Zukunft könnten diese Innovationen in biologische Gewebe und Organe integriert werden, um Krankheiten zu erkennen, Verbesserungen zu überwachen und sogar mit Ärzten zu kommunizieren. Das lästige Problem war jedoch eine komplementäre tragbare Stromquelle – eine, die langlebig und langlebig ist.
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