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Sensortechnologien aus Siliconfolie

| Autor / Redakteur: Dr. Thomas Lobreyer * / Sebastian Gerstl

Dielektrische Eigenschaften und elektroaktive Polymere

Querschnittansicht: Aufbau von dielektrischen elektroaktiven Polymeren.
Querschnittansicht: Aufbau von dielektrischen elektroaktiven Polymeren. (Bild: Wacker Chemie AG)

Siliconelastomere gehören mit ihren dielektrischen Eigenschaften zu den elektroaktiven Polymeren. Sie sind in der Lage, unter bestimmten Voraussetzungen auf elektrische Stimulation zu reagieren. Diese Eigenschaft macht Silicone für elektroaktive Schlüsseltechnologien besonders interessant.

Werden die Siliconfolien auf der Ober- und Unterseite mit einem flexiblen, elektrisch leitfähigen Material beschichtet, entstehen verformbare Kondensatoren: Liegt eine Gleichspannung an, ziehen sich die Elektroden elektrostatisch an und drücken das weiche Folienmaterial zusammen. Die Elastomerschicht wird dünner, dehnt sich aber zugleich in der Ebene aus. Der Kondensator wird insgesamt flacher und breiter. Im entladenen Zustand nimmt die Elastomerfolie aufgrund ihrer Elastizität wieder ihre ursprüngliche Gestalt an. Der gesamte Vorgang verläuft geräuschlos und lässt sich beliebig oft wiederholen.

dEAP-Technologien sind bereits seit den 1990er Jahren bekannt. Allerdings fehlten bisher geeignete Werkstoffe und Herstellverfahren, um dielektrische, leitfähige Folien in der benötigten Menge und Qualität wirtschaftlich herzustellen. Ein von Wacker patentiertes Verfahren ermöglicht jetzt erstmals den Einstieg in die Massenfertigung von EAP-Bauteilen. Es erlaubt die Herstellung von Filmen beliebiger Länge in Stärken zwischen 20 und 400 μm, wobei die Dicke über die gesamte Breite weniger als 5% schwankt. Die äußerst gleichmäßigen, homogenen Filme werden aus additionsvernetzenden Siliconkautschuken ohne Lösemittel hergestellt. Um Verschmutzungen auszuschließen, wird unter Reinraumbedingungen produziert.

Siliconfolien von Wacker – Elastosil-Film und Silpuran-Film für Medizinanwendungen – bestehen zu 100 Prozent aus Silicon. Sie sind, wie alle Siliconkautschuke, hitze- und UV-beständig, auch bei Kälte flexibel und chemisch inert. Folgende Eigenschaften machen sie für die Industrie besonders interessant:

  • Dielektrik: Silicon ist ein hervorragender Isolator und deshalb besonders zur Herstellung von Kondensatoren geeignet.
  • Flexibilität: Siliconfolien sind nicht nur extrem elastisch, sie leiern auch nicht aus. Tests zeigen, dass solche Folien mehr als zehn Millionen Druckbelastungszyklen ohne geringste Materialermüdung überstehen. EAPSensoren aus Elastosil-Film sind deshalb sehr robust und arbeiten auch nach Jahren zuverlässig.
  • Gaspermeabilität: Die Siliconfolien halten Wasser zurück, Wasserdampf und bestimmte Gase können jedoch durch das Material diffundieren. Diese Gasdurchlässigkeit ist sehr selektiv: Kohlendioxid, Sauerstoff und Wasserdampf passieren die Siliconschicht sehr viel schneller als Stickstoff. Daher kann Elastosil-Film zum Beispiel als Membran zur Gastrennung genutzt werden, etwa zur Abtrennung von Kohlendioxid.

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