Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selbstheilende Elektronik soll Schrott vermeiden

22.12.2011
Mikrokapseln dichten Brüche mit Flüssigmetall ab

Dank einer Entwicklung der University of Illinois könnte Hardware in Zukunft deutlich langlebiger werden und damit Unmengen an teurem Elektroschrott einsparen. Das Team rund um Luftfahrttechniker Scott White hat ein System entwickelt, das Brüche in Schaltkreisen selbständig und schnell "heilen" kann. Dazu kommen Mikrokapseln zum Einsatz, die mit flüssigem Metall gefüllt sind.

Schaltkreis-Unterbrechung als kritisches Problem
Ein großes Problem für Chip-Schaltkreise sind oft Temperaturschwankungen im Inneren des Gerätes, in dem sie arbeiten. Diese führen auf Dauer oft zur Beschädigung des leitenden Materials. Dabei reicht die Unterbrechung der Leitfähigkeit an einer einzigen Stelle oft aus, um die gesamte Funktionalität lahmzulegen.

Die Wissenschaftler haben nun ihre Forschungsresultate im "Advanced Materials"-Journal publiziert. Co-Autor und Chemiker Jeffrey Moore erklärt: "Wir haben das System vereinfacht. Statt ständige Kontrollmechanismen oder Sensoren einzubauen, haben wir ein Material entwickelt, welches das Problem direkt beseitigt."

"Normalerweise gibt es keinen großen Spielraum für manuelle Reparaturen. Manchmal kommt man gar nicht an die betroffene Stelle heran, denn ein Multi-Layer-Chip lässt sich nicht ohne weiteres öffnen", hält der Entwickler fest. Besonders bei Militäreinsätzen und bei Weltraummissionen ist der einfache Austausch kaputter Hardware schlichtweg nicht möglich, was schwere Folgen nach sich ziehen kann.

Flüssigmetall füllt Bruchstellen
Das Erfinderteam hat als Lösung nun Mikrokapseln mit einem Durchmesser von zehn Mikrometer in eine Goldlinie eingebettet, welche als Schaltkreis fungiert. Beim Auftreten eines Bruchs bersten die Kapseln in der Umgebung auf und geben ihren Inhalt frei, der aus flüssigem Metall besteht. Damit füllt sich der entstandene Graben und der Schaltkreises ist in wenigen Mikrosekunden wieder operativ. Selbst mit einer geringen Anzahl an Kapseln gelang es in neun von zehn Fällen 99 Prozent der ursprünglichen Leitkapazität wiederherzustellen.

Ein ähnliches Verfahren war bereits bei der Erfindung selbstheilender Materialien auf Polymer-Basis im Einsatz, das ebenfalls an der University of Illinois entwickelt wurde.

Der "Heilungsprozess" hat darüber hinaus den Vorteil, dass er autonom und lokal arbeitet. Lediglich die Kapseln am Ort des Bruchs öffnen sich. Eine Intervention oder Diagnostik Seitens des Hardwarenutzers ist nicht erforderlich, in den meisten Fällen dürfte er von Schaden und Reparatur nichts bemerken.

Entwicklung soll Batterien verbessern
Nun wollen die Forscher sich der Weiterentwicklung und Verbesserung der Erfindung widmen. Besonderes Interesse haben sie daran, die Anwendungen auch für Batterien tauglich zu machen, um deren Sicherheit und Langlebigkeit zu erhöhen. Das Projekt wird von zahlreichen Institutionen gefördert, darunter befinden sich das U.S. Department of Energy, das Office of Science und das Beckman Institute for Advanced Science and Technology.

Georg Pichler | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://www.illinois.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen
19.10.2017 | Forschungszentrum Jülich, Jülich Centre for Neutron Science

nachricht Was winzige Strukturen über Materialeigenschaften verraten
19.10.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher untersuchen Pflanzenkohle als Basis für umweltfreundlichen Langzeitdünger

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

„Antilopen-Parfüm“ hält Fliegen von Kühen fern

20.10.2017 | Agrar- Forstwissenschaften

Aus der Moosfabrik

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie