Flexibele elektronica beloven veel toepassingen, maar een terugkerend probleem is het feit dat rubbers en kunststoffen slecht warmte afvoeren. Daar denken onderzoekers van Carnegie Mellon University iets op te hebben gevonden: “thubber”, een flexibel materiaal dat warmte geleidt dankzij micrometers grote druppeltjes vloeibaar metaal die door het rubber zijn gemengd.


Het materiaal is een rubbercomposiet, een combinatie van vloeibaar metaal en siliconenrubber, dat kan uitrekken tot zes keer zijn eigen lengte. Het bijzondere is dat dit materiaal vrij goed warmte geleidt, vergelijkbaar met hoe metalen dat doen.
 

Bolletjes

Dat is dan ook de crux van het nieuwe rubber: het bevat metaal. Netjes verspreid door het siliconenrubber zitten duizenden kleine bolletjes van een metaal dat bij kamertemperatuur vloeibaar is. De bekendste is kwik, maar de Amerikanen gebruikten een niet giftige variant: een legering van gallium en indium.

Wanneer je een strook van dit bijzondere rubber uitrekt, vervormen deze metalen bolletjes mee (zie afbeelding), waardoor een soort banen ontstaan waarlangs warmte zich kan verplaatsen. Het opvallende is dat tegelijk met de prima warmtegeleiding er toch geen elektrische geleiding plaatsvindt. Blijkbaar raken de metaaldeeltjes elkaar niet.


Afvoeren van warmte

De ingenieurs van Carnegie Mellon University hebben hun materiaal 'thubber' genoemd, een wat melige samentrekking van de woorden 'thermal' en 'rubber'. De belangrijkste toepassing die ze zien is het afvoeren van warmte van elektronische componenten die in het rubber worden aangebracht. Bestaande rubbers geleiden warmte heel slecht.

Dit demonstreerden de onderzoekers door een ledlampje aan te brengen op een beenband van thubber (zie foto). Het materiaal voerde netjes de warmte af van het lampje, terwijl gewoon rubber waarschijnlijk te heet geworden zou zijn. 

‘Tot nu toe moesten we elektronische componenten vastmaken op een stijf, niet buigzaam materiaal dat de warmte afvoerde. Nu kunnen we ledlampjes of computerprocessoren monteren op flexibele materialen, zodat we goede prestaties krijgen in toepassingen die flexibiliteit vereisen. Denk aan textiel dat licht geeft of een iPad die je opvouwt en in je portemonnee stopt’, aldus universitair hoofddocent dr. Jonathan Malen in een persbericht van Carnegie Mellon University.
 

Zachte robots

Een andere toepassing waar de onderzoekers aan denken is textiel dat lokaal warmte afgeeft om blessures mee te behandelen. Ook het groeiende onderzoeksveld soft robotics kan profiteren van het nieuwe rubber, zoals de Amerikanen laten zien met hun demonstratie met een robotvis. Veel aandacht is er ook in de robotica voor een flexibele kunsthuid die aanraking kan waarnemen (lees: ‘Kunstmatige huid voelt aanraking’)


Alle details over en proeven met het nieuwe materiaal 'thubber' staan uitgebreid beschreven in een artikel in vakblad PNAS.

 

Beeldmateriaal Carnegie Mellon University