US-amerikanische Forscher der Carnegie Mellon University (CMU) haben flüssiges Metall für die Verarbeitung mit einem 3D-Drucker entwickelt. Da das Material eine hohe Leitfähigkeit aufweist kann die gesammelte Energie zum Beispiel für die Herstellung von Wearables genutzt werden. Die Einsatzbereiche für den 3D-Druck mit Flüssigmetall sind vielfältig und öffnen außerdem die Tür für zukünftige Materialentdeckungen.

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Carmel Majidi, außerordentlicher Professor für Maschinenbau, und sein Team am Soft Machines Lab (SML) der Carnegie Mellon University (CMU) haben ein flüssiges Metallmaterial hergestellt, das Elektrizität leiten und physikalische Schäden reparieren kann. Das Team arbeitete an der Entwicklung dehnbarer Polymerverbundwerkstoffe mit verbesserten elektrischen und thermischen Eigenschaften. Sie fanden einen Weg, eine Metalllegierung, eutektisches Galliumindium, in ein Elastomer einzubauen, wodurch ein weicher, dehnbarer, multifunktionaler Verbundstoff mit dem Vorteil einer idealen thermischen Stabilität und elektrischen Leitfähigkeit entstand.

Flüssige Metall für den 3D-Druck

In einem wissenschaftlichen Bericht mit dem Titel „Ultrastretchable, Wearable Triboelectric Nanogenerator Based on Sedimented Liquid Metal Elastomer Composite“ heben sie ihre Fortschritte hervor, inklusive der Fähigkeit, das Material in Wearables zu verwenden. In einem verwandten Papier konzentrieren sie ihre Arbeit auf den Versuch, flüssiges Metall in einer Reihe von Materialien, einschließlich Gelen und verschiedenen Polymeren, wirksam und für den 3D-Druck verwendbar zu machen. Werden beide Entwicklungen gemeinsam verwendet, verschmelzen zwei elektrische Flüssigmetalle ähnlich wie die menschliche Haut heilt, wodurch Schaltkreise anpassungsfähiger und widerstandsfähiger werden.

Die flüssigen Metalle erlauben vielseitige Anwendungen, können gelöscht oder neu gezeichnet werden. Die Energie steht im Vordergrund und ermöglicht die Verwendung des Materials für Wearables und weiche Robotik. Die Metalle sind hoch leitfähig und erzeugen so große Energiemengen. Mit der Integration in ein tragbares Gerät würde die menschliche Bewegung Elektrizität erzeugen.

3D-Druck mit Flüssigmetall
Die Metalle sind hoch leitfähig und erzeugen so große Energiemengen (im Bild: 3D-Druck mit Flüssigmetall) (Bild © Screenshot YouTube Video „Toward Multifunctional Liquid Metal Composites“).

Theorie erfolgreich getestet

Gemeinsam mit Sarah Bergbreiter, Professorin für Maschinenbau an der Carnegie Mellon University, konnte das Team die Theorie testen. Es entstand ein neues Herstellungsverfahren, mit dem das Material für den 3D-Druck verwendet werden kann.

Das elektrisch förderliche Material wurde in Stoff eingearbeitet, aus dem Shorts entstanden sind. Ein Proband lief in den Shorts auf einem Laufband. Nach 2,2 Minuten erhielt er durch die Shorts genug Strom, um einen Thermo-Hygrometer-Sensor mit digitalem Bildschirm zu betreiben. Das Team geht davon aus, dass weitere Innovationen von dieser Entwicklung profitieren könnten. Forscher aus Asien erzeugen mit 3D-gedruckten tragbaren Sensoren auch genug Strom für Wearables.

Carmel Majidi, leitender Professor der Carnegie Mellon University zu dem Projekt, sagt:

„Wir können jetzt flüssiges Metall in praktisch jedem Polymer oder Copolymer suspendieren, um ihre Materialeigenschaften anzupassen und ihre Leistung zu verbessern. Das wurde noch nie gemacht. Es öffnet die Tür für zukünftige Materialentdeckungen.“

Video zur Arbeit der Forscher mit Flüssigmetall

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