Elektrisierende Gummi-Filme

Gummiartige Filme unter den Fußsohlen oder auf der Haut könnten künftig Strom für elektronische Geräte oder sogar Herzschrittmacher liefern. Eine entsprechende Technik haben amerikanische Forscher entwickelt. Die von ihnen hergestellten Silikonfilme enthalten hauchdünne Keramikstränge, in denen sich bei Verformung eine elektrische Spannung aufbaut.

Foto: Frank Wojciechowski

“Das Schöne daran ist die Skalierbarkeit”, erklärt Yi Qi von der kalifornischen Princeton Universität. Indem man die Fläche der Generatorfilme vergrößere, könne man mehr elektrische Energie ernten, beispielsweise aus Geh- oder Atembewegungen. Und da das verwendete Silikon grundsätzlich biokompatibel sei, könnten die Filme vielleicht auch in den Körper implantiert werden.

Herzstück der Generatorfilme sind wenige Tausendstel Millimeter dünne Stränge aus Bleizirkonattitanat (PZT). Ähnlich wie Quarz in einem elektrischen Feuerzeug, baut sich in dem Keramikmaterial eine elektrische Spannung auf, wenn es gestaucht wird und sich dadurch unterschiedlich geladene Atome gegeneinander verschieben. Die Umwandlung mechanischer in elektrische Energie geschehe in PZT allerdings einhundert Mal effizienter als in Quarz, betont Michael McAlpine, der Leiter der Forschergruppe.

Michael McAlpine/Princeton University

Um PZT-Bauteile in die gewünschte Form zu bringen, braucht es hohe Temperaturen oder Drücke, wie sie elastische Gummi- oder Silikonmaterialien nicht vertragen. Die Forscher umgehen dieses Problem, indem sie reihenweise PZT-Stränge auf einer keramischen Unterlage herstellen. Dann pellen sie die Stränge förmlich von der Unterlage, indem sie einen Silikonfilm dagegen pressen, und fügen schließlich noch Elektroden hinzu.

Das Prinzip der piezoelektrischen Stromerzeugung lässt sich auch umkehren, indem man den Kristall durch Anlegen einer Spannung verformt. Die “Piezo-Gummi-Chips” könnten daher vielleicht auch als winzige Motoren bzw. Aktuatoren dienen, so McAlpine weiter, etwa in mikrochirurgischen Instrumenten.

Forschung: Yi Qi, Noah T. Jafferis und Michael C. McAlpine, Department of Mechanical and Aerospace Engineering und Department of Electrical Engineering, Princeton University, Princeton, New Jersey; und andere

Veröffentlichung Nano Letters, DOI 10.1021/nl903377u

WWW:
McAlpine Research Lab, Princeton University
Bleizirkonattitanat

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