Ein Team der University of Illinois hat ein verbessertes System entwickelt, mit dem Brüche in Schaltkreisen zukünftig selbstständig und zudem schnell, geheilt werden können. Von dem Team um den Wissenschaftler Scott White wurden zu diesem Zweck sogenannte Mikrokapseln eingesetzt, die mit einem flüssigen Metall gefüllt sind. Durch den Einsatz dieses Systems sollen sich für die Zukunft große Mengen Elektronik Schrotts vermeiden lassen. Elektronik-Geräte könnten zuverlässiger, sicherer und langlebiger werden. Reparaturen an Schaltkreisen, die bauartbedingt oft nur schwer, wenn überhaupt möglich sind, könnten dank den Flüssigmetall Kapseln der Vergangenheit angehören. Das interesse an selbstheilenden Materialien ist immens hoch, wie auch der Bericht zu den Materialien die ihre Strukturen regenieren zeigt.


Temperaturschwankungen als Grund für Beschädigungen

Temperaturschwankungen stellen oft für Schaltkreise ein großes Problem dar. Dauerhafte Temperaturschwankungen führen dabei häufig zu Beschädigungen an den Leiterbahnen, die schwer zu entdecken und oftmals noch schwerer zu Beheben sind. Das Unterbrechen einer Leiterbahn kann dabei ausreichen, um ein elektronisches Gerät vollkommen lahmzulegen. Um diesem entgegenzuwirken, haben die Wissenschaftler an der University of Illinois dieses System der Flüssigmetall Kapseln entwickelt. Bei dem System setzt man nicht auf fortlaufende Überwachung der Schaltkreise mittels Sensoren oder anderen Kontrollmechanismen, sondern auf die Flüssigmetall Kapseln, die ein auftretendes Problem sofort beseitigen sollen. Übrigens setzt man auch bei Lacken auf Selbstheilung durch UV Strahlung.

10 Mikrometer kleine Kapseln als „Heiler“

In dem System der Wissenschaftler werden Mikrokapseln mit einem Durchmesser von in etwa 10 Mikrometer in eine Goldleiterbahn integriert, die als Leiterbahn in Funktion war. In dem Falle, in dem in der Leiterbahn ein Bruch aufgetreten ist, zerbarsten die Mikrokapseln in der Umgebung der Bruchstelle und gaben ihren Inhalt, das flüssige Metall frei. Dieses verfüllte den durch den Bruch entstandenen Graben und sorgte dafür, dass die Funktion der Leiterbahn innerhalb von Mikrosekunden wiederhergestellt wurde. In neun von zehn Fällen gelang es den Wissenschaftlern auf diese Weise 99 Prozent der Leitfähigkeit der beschädigten Leiterbahnen wiederherzustellen. Dieses System könnte auch die mit Nanotinte gedruckten Schaltkreise sicherer machen. Schon bei der Entwicklung der selbstheilenden Materialien auf Polymerbasis, wurde ebenfalls an der University of Illinois, ein ähnliches Verfahren genutzt.

Heilungsprozess verläuft unbemerkt

Vom sogenannten „Heilungsprozess“ bekommen die Hardwarenutzer in Regel nichts mit. Sie müssen nicht aktiv werden um den „Heilungsprozess“ in Gange zu bringen. Sollten weitere Brüche der Leitbahnen an anderen Stellen auftreten, können auch diese selbst geheilt werden, da sich in einem Schadensfall nur die Kapseln an der jeweiligen Bruchstelle öffnen. Aktuell arbeiten die Forscher an der Weiterentwicklung des Systems.

Quelle & Bilder: University of Illinois

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