Natuurlijk rubber blijkt verrassend geschikt als bouwmateriaal voor flexibele elektronica. Het is buigzaam, rekbaar én duurzaam. Door slimme toevoegingen kan het bovendien ook stroom geleiden, wat de weg vrijmaakt voor duurzame wearables en sensoren.
Buigzame elektronica rukken op in allerlei toepassingen, van slimme pleisters tot draagbare gezondheidsmeters en zachte robots. Zulke apparaten vragen om materialen die mee kunnen bewegen zonder te breken, maar die ook elektrisch geleidend en langdurig inzetbaar zijn. Onderzoekers kijken steeds vaker naar natuurlijke materialen om aan die eisen te voldoen. Eén daarvan springt eruit: natuurlijk rubber.
Waar we rubber traditioneel kennen van autobanden en elastiekjes, blijkt het ook veel potentie te hebben voor toepassingen in de elektronica. Dankzij zijn rekbaarheid, veerkracht en biologische oorsprong zou het een duurzaam alternatief kunnen vormen voor de synthetische polymeren die nu nog vaak gebruikt worden.
Van autoband naar smart sensor
Natuurlijk rubber kennen we vooral uit de wereld van autobanden, elastiekjes en regenlaarzen. Maar het blijkt veel meer in zijn mars te hebben. Onderzoekers, waaronder Titash Mondal van het Indian Institute of Technology Kharagpur, onderzoeken de inzet van rubber in een heel ander domein: dat van flexibele elektronica.
Rubber heeft van nature uitstekende mechanische eigenschappen: het is buigzaam, rekbaar en duurzaam. Precies wat nodig is voor elektronica die meebeweegt met het lichaam of andere oppervlakken. Maar rubber is van zichzelf niet elektrisch geleidend—een essentieel kenmerk voor bijvoorbeeld sensoren of energie-opwekkende systemen.
Hoe maak je rubber slim?
De kunst is om natuurlijk rubber elektrisch ‘slim’ te maken, zonder de goede eigenschappen te verliezen. Dat kan bijvoorbeeld door het materiaal te combineren met geleidende nanodeeltjes zoals grafeen, zilvernanodraden of koolstofnanobuisjes. Zo ontstaat een zogenoemd ‘composietmateriaal’ dat flexibel én geleidend is. Ook kunnen er chemische modificaties worden toegepast om de elektrische prestaties te verbeteren.
Een ander interessant concept is het gebruik van rubber in tribo-elektrische nanogeneratoren. Dat zijn kleine systemen die energie opwekken uit wrijving. Daarbij wordt gebruikgemaakt van het feit dat rubber elektrische lading kan opwekken als het in contact komt met andere materialen. Denk aan de klassieke proef met een ballon over je haar; dat effect kan ook op nanoschaal worden benut.
Duurzaam én hernieuwbaar
Wat natuurlijk rubber vooral interessant maakt, is de duurzaamheid. Waar veel flexibele elektronica momenteel gebaseerd zijn op plastics en synthetische polymeren (vaak afkomstig uit fossiele grondstoffen), is rubber een natuurlijk product dat biologisch afbreekbaar is en afkomstig van de rubberboom (Hevea brasiliensis). Daarmee past het uitstekend binnen de ambities om de ecologische voetafdruk van elektronica te verkleinen.
Zeker nu wearable technologie wereldwijd blijft groeien neemt ook de hoeveelheid elektronisch afval toe. De overstap naar hernieuwbare materialen kan helpen om dit probleem bij de bron aan te pakken.
Toepassingen in de praktijk
De mogelijkheden zijn breed. Onderzoekers zien potentieel voor rubber in:
- Rekbare sensoren voor monitoring van beweging, temperatuur of hartslag;
- Zelfvoedende systemen, die via beweging of wrijving stroom opwekken;
- Zachte robots die veilig kunnen interageren met mensen of kwetsbare objecten;
- Wearables die langdurig draagcomfort combineren met geavanceerde functionaliteit.
Hoewel er al proof-of-concept prototypes bestaan, moeten er nog flinke stappen gezet worden richting massaproductie. Het gaat dan om stabiliteit, reproduceerbaarheid en natuurlijk kosten.
Volgens dr. Mondal zijn er inmiddels meerdere onderzoeksprojecten die zich richten op de schaalbaarheid van deze technologie. Zijn team werkt samen met industriepartners om een brug te slaan tussen laboratoriumonderzoek en commerciële toepassingen.
Daarbij is niet alleen de technologie zelf belangrijk, maar ook de productieketen: hoe oogst je rubber op een duurzame manier? Hoe verwerk je het efficiënt? En hoe recycleerbaar is het eindproduct?
