Forscher des Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) haben eine Technologie entwickelt, mit der sich ein dehnbares Gerät mit hoher Dehnung herstellen lässt.

Die SAIT-Forscher ersetzten das in bestehenden dehnbaren Displays verwendete Kunststoffmaterial durch ein Elastomer, um die Einschränkungen der Geräte zu überwinden, heißt es in einer Mitteilung vom 4. Juni.

Im Rahmen des Projekts gelang es dem Team, ein dehnbares organisches LED-Display (OLED) und einen Photoplethysmographie-Sensor (PPG) in ein einziges Gerät zu integrieren, um die Herzfrequenz des Benutzers in Echtzeit zu messen und anzuzeigen, wodurch der Formfaktor „dehnbare elektronische Haut“ geschaffen wurde.

Noch wichtiger ist, dass das Team in der Lage war, die Zusammensetzung und Struktur des Elastomers zu verändern und bestehende Halbleiterherstellungsverfahren zu nutzen, um es auf die Substrate von dehnbaren OLED-Displays und optischen Blutflusssensoren aufzubringen – „zum ersten Mal in der Industrie“, so SAIT.

Der Sensor und das Display funktionierten weiterhin normal und zeigten keine Leistungseinbußen bei einer Dehnung von bis zu 30 %, heißt es in der Studie.

„Wir haben eine ‚Insel‘-Struktur verwendet, um die durch die Dehnung verursachten Spannungen zu mildern“, erklärt der Forscher Yeongjun Lee, Mitautor der Studie.

„Mehr Stress wurde im Bereich des Elastomers ausgelöst, das einen relativ niedrigen Elastizitätskoeffizienten hat und sich daher eher verformt“, sagte Lee und fügte hinzu, dass der Stress im Bereich der OLED-Pixel, der für solchen Druck anfälliger ist, durch diese Maßnahme minimiert wurde.

Das Team hat dann ein dehnbares Elektrodenmaterial (rissiges Metall), das sich nicht verformen lässt, auf den Elastomerbereich aufgebracht, so dass sich die Zwischenräume und die Verdrahtungselektroden zwischen den Pixeln dehnen und schrumpfen konnten, ohne dass sich die OLED-Pixel selbst verformten.

Um ihre Forschung zu testen, befestigten die SAIT-Forscher dehnbare PPG-Herzfrequenzsensoren und OLED-Anzeigesysteme am inneren Handgelenk eines Patienten in der Nähe der Radialarterie.

Der Test zeigte, dass die Bewegung des Handgelenks keine Verschlechterung der Eigenschaften zur Folge hatte und dass die Lösung auch bei Dehnung der Haut zuverlässig blieb.

„Dieser Test bestätigte auch, dass der Sensor und das OLED-Display selbst nach 1.000-facher Dehnung noch stabil funktionieren“, heißt es in der Mitteilung.

Bei der Messung von Signalen von einem sich bewegenden Handgelenk nahm der Sensor außerdem ein Herzschlagsignal auf, das 2,4-mal stärker war als das eines feststehenden Siliziumsensors.

„Die Stärke dieser Technologie besteht darin, dass sie es ermöglicht, biometrische Daten über einen längeren Zeitraum zu messen, ohne die Lösung beim Schlafen oder Sport entfernen zu müssen“, erklärte der Hauptforscher Youngjun Yun, korrespondierender Autor der Studie.

Die Technologie könne für tragbare Gesundheitsprodukte für Erwachsene, Kinder und Säuglinge sowie für Patienten mit bestimmten Krankheiten genutzt werden, fügte er hinzu.

Laut SAIT hat die Forschung das Kommerzialisierungspotenzial von dehnbaren Geräten bewiesen, da die Technologie in bestehende Halbleiterprozesse integriert werden kann.

Toyoda Gosei entwickelt neue Technologie für „härteres“ EPDM

Toyoda Gosei Co. und die Graduate School of Frontier Sciences der Universität Tokio haben eine Materialvernetzungstechnologie entwickelt, die die Zähigkeit von synthetischem Kautschuk erhöht.

Die Technologie kann die Zähigkeit von EPDM-Kautschuk um etwa das Sechsfache erhöhen, indem ein Polyrotaxan in die chemische Struktur des Kautschuks integriert wird, so Toyoda Gosei in einer Erklärung vom 20. November.

Darüber hinaus haben Polyrotaxane eine einzigartige Molekularstruktur, die eine große Materialflexibilität ermöglicht, fügte der japanische Konzern hinzu.

Die Technologie, so Toyoda Gosei, erzeuge „frei bewegliche ringförmige Moleküle“, die die Spannung verringern und die Zähigkeit und Flexibilität des Kautschuks beim Dehnen oder Pressen verbessern.

Toyoda Gosei sagte, dass es die Technologie für verschiedene praktische Anwendungen in Gummi- und Kunststoffteilen weiterentwickeln wird.

Insbesondere will der Komponentenhersteller das Know-how in der Automobilwerkstofftechnik einsetzen, um „die Umweltverträglichkeit und den Komfort von Fahrzeugen zu verbessern.“

Toyoda Gosei und die Universität Tokio werden die Ergebnisse ihres Projekts auf dem 29. Polymer Material Forum vorstellen, das am 26. und 27. November online stattfinden wird.