Elektrischer Kontakt heilt sich von selbst

In einer Leiterbahn befinden sich kleine Kügelchen, die bei Bedarf bersten und Risse in der Leiterbahn durch austretende Flüssigkeit schließen.
Flüssige Metalllegierung flickt durchbrochene Kontakt

Urbana-Champaign (USA) – Zerbricht in Computerchips oder Akkus ein filigraner, elektrischer Kontakt, muss meist das gesamte Bauteil ausgetauscht werden. Bei Satelliten oder auf Expeditionen ist das aber nicht möglich. Daher konstruierten Forscher der Universität Illinois nun einen elektrischen Leiter, der sich völlig selbstständig wieder reparieren kann. Für diesen Erfolg konnten sie auf langjährige Erfahrungen mit selbstheilenden Kunststoffen zurückgreifen und diese weiter entwickeln. Über die ersten selbstständigen Reparaturen von zerbrochenen Kontakten berichteten sie in der Fachzeitschrift “Advanced Materials”.

„Oft weiß man schlicht auch nicht, wo in einem Bauteil der elektrische Kontakt unterbrochen ist“, sagt Nancy Sottos von der University of Illinois in Urbana-Champaign. Für den Selbstheilungsprozess ist dies auch nicht nötig, da sich der elektrische Leiter automatisch genau an der Bruchstelle wieder repariert. Nancy Sottos und ihre Kollegen fertigten aus einem speziellen Kunststoff – Urea-Formaldehyd – etwa 100 Mikrometer kleine Mikrokapseln. Diese füllten sie mit einer metallischen Gallium-Indium-Legierung, die bei Temperaturen über 16 Grad Celsius flüssig wird.

Die Kapseln mischten die Forscher in einem Epoxidharz, mit dem sie eine filigrane Leiterbahn aus Gold umhüllten. Wurde nun der Goldkontakt bewusst zerbrochen, barsten exakt an dieser Stelle auch die eingebetteten Mikrokapseln und das ausfließende Metall stellte in 90 Prozent der Versuche den elektrischen Kontakt wieder her. Dieser Heilungsprozess dauerte dabei nur den Bruchteil einer Sekunde.

Die ersten Versuche des noch aufwendigen Prototyp-Systems verliefen vielversprechend. Ohne unerwünschte Kurzschlüsse zu erzeugen, konnte diese Methode unterbrochene, elektrische Kontakte wieder herstellen. Wegen hoher Fertigungskosten wird sich dieser autarke Reparatur-Mechanismus allerdings nicht für Laptops, Smartphones oder sonstige Alltags-Elektronik rechnen. Doch für teure oder schwer zugängliche Chips oder Akkus lockt hier eine interessante Alternative zu sonst notwendigen Redundanzsystemen, die zusätzlich beispielsweise in Satelliten oder Flugzeuge eingebaut werden.