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Elektroaktives Siliconlaminat Nexipal

Beweglich wie ein künstlicher Muskel

31. Juli 2019, 7:30 Uhr | Wacker

Das Silikonlaminat besteht aus ultradünnen, mit Elektroden beschichteten Präzisionsfilmen und kann als Aktuator Bewegungen ausführen oder als Sensor mechanische Verformungen messen.

Auf der K 2019 präsentiert der Münchner Chemiekonzern Wacker erstmals Nexipal, ein Siliconlaminat mit elektroaktiven Eigenschaften. Es besteht aus mehreren ultradünnen Präzisionsfolien aus Silicon, die vor dem Laminieren mit elektrisch leitfähigem Material beschichtet werden.

Auf diese Weise entsteht ein Aktuator, der Bewegungen ausführen kann, wenn elektrische Spannung anliegt. Der Werkstoff kann außerdem mechanische Verformungen messen und folglich auch als Sensor eingesetzt werden. Die Siliconlaminate sind verschleißfrei, platz- und energiesparend. Mit Nexipal ausgestattete berührungsempfindliche Bildschirme können beispielsweise durch Vibrationen und haptische Signale Tasten simulieren, die nur mit dem Tastsinn erkannt und ohne Blickkontakt bedient werden können.

Grundlage der neuen Laminattechnologie ist Elastosil Film. Die ultradünne Siliconfolie, die Wacker als Rollenware in Stärken zwischen 20 und 400 µm produziert, ist eine wichtige Materialkomponente. Sie ermöglicht aufgrund ihrer dielektrischen Eigenschaften erst die gewünschten elektroaktiven Effekte des Laminats. Damit die Siliconfolie Bewegungen ausführen beziehungsweise messen kann, wird sie mit einem elektrischen Leiter beschichtet und anschließend lagenweise zu einem Laminatstapel zusammengefügt.

Die fertigen Laminate bestehen aus mehreren ultradünnen, mit elektrisch leitfähigem Material beschichteten Präzisionsfolien. Jede Folienlage ist somit zwischen zwei flexiblen Elektroden eingebettet. Liegt eine elektrische Spannung an, ziehen sich die positiven und negativen Ladungsträger der Elektroden an. Der dazwischen liegende Siliconfilm verändert dadurch seine Form: er wird dünner, zugleich aber auch länger und breiter, wobei sich die Oberfläche proportional zur Kompression ausdehnt. Im entladenen Zustand sorgt die Rückstellkraft der hochelastischen Folie dafür, dass das Laminat wieder seine ursprüngliche Form annimmt. Dieser Vorgang lässt sich beliebig oft wiederholen.

Energieverbrauch nur während Schaltvorgang

Elektroaktive Siliconlaminate besitzen gegenüber der bestehenden Magnetspulentechnologie unter anderem den Vorteil, nur während des Schaltvorgangs elektrische Energie zu verbrauchen. Dadurch arbeiten sie im Betrieb über die gesamte Lebensdauer nachhaltiger und verursachen wesentlich weniger Kosten. Außerdem produzieren Siliconlaminate keine Wärme. Eine Kühlung des Bauteils, was häufig mit einem hohen Aufwand verbunden ist, wird dadurch überflüssig.

Jede mechanische Einwirkung verändert außerdem die elektrische Kapazität des Laminats. Elektroaktive Polymerlaminate können deshalb auch als Sensoren verwendet werden. Diese Doppelfunktion macht den Werkstoff laut Hersteller zum echten Alleskönner und für Anwendungen in der Medizintechnik, Sensorik, Robotik und im Auto interessant. Die Laminate sind auch in der Lage, wie ein künstlicher Muskel fließende Bewegungen auszuführen.

Derzeit errichtet der Chemiekonzern eine eigene Anlage zur Entwicklung und Fertigung von Laminaten. Sie wird voraussichtlich im zweiten Halbjahr 2020 erste gebrauchsfertige, vorkonfektionierte Komponenten liefern. Unterschiedliche Laminatformen und -designs sind auf Kundenwunsch möglich.