 |  | Wiebke Gaaz |
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05.12.2023 09:00 Uhr |
Die Sensoren, etwa für Druck oder Temperatur, basieren in den meisten Fällen auf dem piezoelektrischen oder piezoresistiven Effekt. Hierbei induziert ein äußerer Druck, der das Material deformiert, einen elektrischen Strom oder verändert den elektrischen Widerstand, der gemessen werden kann. Piezoelektrische Materialien sind beispielsweise Zinkoxid (ZnO), Bariumtitanat oder das organische Polyvinylidenfluorid (PVDF).
Piezoelektrisches ZnO ist Bestandteil eines extrem feinfühligen und hochauflösenden Hybridmaterials, das Professor Dr. Anna Maria Coclite und ihr Team vom Institut für Festkörperphysik an der TU Graz entwickelt haben. Die Forschenden versahen ein Trägermaterial aus Polyurethanacrylat mit winzigen Vertiefungen und stellten so eine Art Schablone für die Sensoren her. In die Vertiefungen brachten sie eine Lage ZnO auf und füllten diese mit einem Hydrogel auf. Das Ergebnis: In dem Material waren einzelne druckempfindliche Nanostäbchen mit einem Durchmesser von 500 nm im Abstand von ebenfalls 500 nm vertikal angeordnet.
Extrem dünn und hochauflösend ist das der Epidermis nachempfundene Material, das Anna Maria Coclite und ihr Team an der TU Graz entwickelt haben. / Foto: TU Graz/Lunghammer
Das Hydrogel dehnt sich bei Feuchtigkeits- und Temperaturänderungen aus. Dabei übt es einen Druck auf das piezoelektrische ZnO aus und es entsteht ein elektrisches Signal. Ein Datenerfassungssystem leitet dieses ab und macht es am Bildschirm sichtbar. Die Forschungsergebnisse zu ihrer E-Skin veröffentlichten die Forschenden aus Graz im Mai 2022 in der Fachzeitschrift »Advanced Materials Technologies«.
»Die ersten Materialsamples sind 6 µm dünn. Es ginge aber noch dünner«, erklärt Coclite in einer Meldung der TU Graz. Zum Vergleich: Die menschliche Epidermis hat je nach Körperregion eine Dicke von 0,03 bis 2 mm und kann Objekte ab etwa 1 mm2 wahrnehmen. Das in Graz entwickelte Material hat eine sehr hohe Auflösung von 2000 einzelnen Sensoren pro mm2 und ist damit weitaus feinfühliger als menschliche Fingerspitzen. Im Gegensatz zu natürlicher Haut kann es sogar Objekte wie Mikroorganismen wahrnehmen.
