Graphen-Nanoröhren eingebettet in Silikon Advance Medical Electronics

PlasticsToday-Mitarbeiter | 01. September 2021

Medizinelektronik boomt, insbesondere in Form von Wearables, die laut Statista bis 2024 einen Umsatz von 18 Milliarden US-Dollar erreichen sollen. Die für medizinische tragbare Geräte verwendeten Materialien müssen nicht nur leitend sein, sondern auch elastisch, weich und für den Benutzer angenehm sein. Laut dem globalen Nanotechnologieunternehmen OCSiAI ist Silikon ein erstklassiger Kandidat, aber seine Isolationseigenschaften stellen ein Hindernis dar. Die Integration leitfähiger Additive wie Ruß, Metallfüllstoffe oder Kohlenstofffasern hat einen erheblichen Einfluss auf die Flexibilität, Härte, Verarbeitung, Reinheit und Gesamtpreisgestaltung von Silikon. Berichten zufolge bietet ein von einem chinesischen Compoundeur entwickeltes Material mit Graphen-Nanoröhren eine Lösung.

Das Material erfüllt laut OCSiAI spezifische Anforderungen für die Herstellung flexibler Elektroden und Sensoren aus Silikonkautschuk. Durch das Einbringen von Graphen-Nanoröhren in das Silikon ist es möglich, einen elektrischen Volumenwiderstand unter 10^2 Ω∙cm mit geringer Härte und hoher Elastizität zu kombinieren. Die Silikonmasse hinterlässt bei Hautkontakt keine Spuren und wird ohne Staub hergestellt, der bei der Verwendung von Ruß als Leitzusatz typisch ist.

Eine Entwicklung, die bereits auf dem Markt ist, ist ein elektronisches Impulsmassagegerät. In das wärmegehärtete Gummisilikon wurden Graphen-Nanoröhren eingebracht, die dem Gummi einen Volumenwiderstand von <300 Ω verleihen, ohne dass Kohlenstoff an die Oberfläche abgegeben wird, während gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften, einschließlich der Weichheit, erhalten bleiben.

„Graphen-Nanoröhren haben ein größeres Verhältnis von Länge zu Breite als jedes andere Material. Zusammen mit ihrer Supraleitfähigkeit und Festigkeit können Nanoröhren dadurch elektrisch leitfähige 3D-Netzwerke innerhalb von Elastomeren bilden“, sagte Ekaterina Gorbunova, Entwicklungs- und Supportleiterin für Elastomere. Vizepräsident, OCSiAl Group. „Die Arbeitsdosis von 0,01 %, die zehn- oder sogar hundertmal niedriger ist als bei anderen Additiven, ist der entscheidende Vorteil von Tuball-Graphen-Nanoröhren. Unsere Partner können jetzt flexible, weiche, aber leitfähige Silikonverbindungen zu einem reduzierten Preis herstellen.“ Als Beispiel nennt Gorbunova eine kürzlich auf den Markt gebrachte Cyber-Handprothese. Die Kosten für die Touchscreen-Nutzung konnten dank leitfähiger Silikon-Fingerspitzen mit Graphen-Nanoröhren um das 10- bis 15-fache gesenkt werden.

Als weltweit größter Hersteller von Graphen-Nanoröhren betreibt OCSiAl Forschungseinrichtungen an seinem Hauptsitz in Luxemburg sowie in Nowosibirsk, Russland und Shanghai. Rund 20 Umwelt- und Gesundheitsstudien zu den Tuball-Nanoröhren wurden durchgeführt und ergaben keine Hautreizungen, kein Potenzial für Hautsensibilisierung oder akute Hauttoxizität. Laut OCSiAl sind sie von den Chemiebehörden Europas und der Vereinigten Staaten für die groß angelegte Kommerzialisierung zugelassen.

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