Empa entwickelt Mikro-Baustoff der Zukunft

21. August 2020 11:23

Dübendorf ZH - Einem Team der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) ist es gelungen, einen Baustoff der Zukunft nun auch für Mikroelektronik und Feinmechanik verwendbar zu machen. 3D-gedruckte, stark wärmeisolierende Bauteile aus Silica-Aerogel eröffnen zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten in der Hightech-Industrie.

Forschenden der Empa ist es geglückt, stabile, wohlgeformte Mikrostrukturen aus Silica-Aerogel herzustellen. Damit sei dem Team des Dübendorfer Empa-Labors Building Energy Materials and Components laut einer Medienmitteilung eine „bahnbrechende Entwicklung“ gelungen. 

Silica-Aerogele sind leichte, poröse Schäume, die hervorragend thermisch isolieren. Wegen ihres spröden Bruchverhaltens ist es jedoch nicht möglich, aus einem Aerogel-Block kleine Stücke herauszusägen und sie zu bearbeiten. Auch das Erstarren in kleinen Gussformen funktioniert nicht zuverlässig, was zu hohen Ausschussraten führt.

Die Arbeit des Dübendorfer Teams um Laborleiter Matthias Koebel ändert dies. Es hat eine Methode gefunden und zum Patent angemeldet, um die Fliess- und Erstarrungseigenschaften der silikatischen Tinte, aus der später das Aerogel entsteht, exakt einzustellen. So lassen sich sowohl selbsttragende Mikrostrukturen als auch hauchdünne Membranen drucken. Diese können bis zu einem zehntel Millimeter dünn sein. Gleichzeitig ist das neuartige 3D-gedruckte Silica-Aerogel bohr- und fräsbar. Auch der Druck von komplexen 3D-Multimaterial-Mikrostrukturen ist durch diese neue Technologie nun erstmals möglich.

Die herausragende Eigenschaft dieses Aerogels ist seine geringe Wärmeleitfähigkeit. Sie ist nur halb so gross wie die von Polystyrol und liegt deutlich unter jener einer unbewegten Luftschicht. Deshalb sei es nun „vergleichsweise trivial“, kleinste elektronische Bauteile voneinander thermisch zu isolieren. Eine weitere mögliche Anwendung ist die Abschirmung von Wärmequellen im Inneren medizinischer Implantate, die zum Schutz des umliegenden Gewebes 37 Grad nicht übersteigen sollten.

Die langlebigen Membranen liessen sich rasch für verschiedenste Anwendungen modifizieren, heisst es in der Mitteilung. So eigne sich etwa die durch Sonnenlicht angetriebene Knudsen-Pumpe zusammen mit speziellen Membranen für die einfache Filterung von Schadstoffen und Lösemitteln aus der Raumluft. Das Forschungsteam sucht bereits nach Industriepartnern. mm

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