Mit der rasanten Entwicklung von AI-Smart-Geräten (wie Wearables, flexible Elektronik, Roboter usw.) steigen auch die Anforderungen an Materialien – Leichtbau, Langlebigkeit, Biokompatibilität, effiziente Wärmeableitung und Anpassungsfähigkeit an komplexe Deformationen werden zu entscheidenden Kennzahlen. Silikonmaterialien spielen aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften eine entscheidende Rolle in AI-Geräten und entwickeln sich zunehmend in Richtung Hochleistungsfähigkeit, Funktionsvielfalt und Umweltfreundlichkeit.

Anwendungsbereiche

Silikonmaterialien werden in mehreren Kernbereichen von AI-Geräten weitreichend eingesetzt:

Flexible Elektronik und Wearables
Polydimethylsiloxan (PDMS) wird aufgrund seiner Flexibilität und Biokompatibilität als Substrat für flexible Sensoren, elektronische Haut und dehnbare Schaltkreise verwendet. Silikonharz-Beschichtungen bieten Schutz vor Feuchtigkeit und Oxidation für elektronische Bauteile und verlängern die Lebensdauer von Geräten wie Smartwatches. Thermisch leitfähige Silikonpaste und Silikonpads werden zwischen AI-Chips (GPU, CPU) und Kühlmodulen eingesetzt, um die Wärmeableitung bei Hochleistungsgeräten zu verbessern.

Roboter- und biomimetische Strukturen
Silikonkautschuk ahmt die Haptik und Elastizität menschlicher Haut nach und wird für Oberflächenüberzüge von Robotern sowie Dichtungselemente an Gelenken verwendet, um die Sicherheit der Mensch-Maschine-Interaktion zu erhöhen. In Roboterachsen und beweglichen Teilen dient Silikonkautschuk als Dämpfungspolster oder Dichtungsring, um Vibrationen und Staubeintritt zu reduzieren.

Sensoren und Aktuatoren
PDMS und andere Silikonkautschuke können zu Mikrostruktur-Folien verarbeitet werden, die Druck-, Dehnungs- oder Taktilsignale erfassen, z. B. Pulssensoren im Bereich AI-Medizin. Elektrisch aktive Silikonkautschuke, die mit leitfähigen Füllstoffen dotiert sind, verformen sich unter Einwirkung eines elektrischen Feldes und werden in Mikro-Robotern und flexiblen Aktuatoren eingesetzt.

Optik- und Display-Bereich
Organische Silikon-Optikkleber bieten eine Lichtdurchlässigkeit von über 90 % und eine hervorragende Vergilbungsbeständigkeit. Sie werden für die Verklebung und den Schutz flexibler Displays (z. B. Foldable-Smartphones) verwendet. Silikonharz-Verkapselungsmaterialien erhöhen die Hitzebeständigkeit und Lichtausbeute von LEDs und finden Anwendung in AI-Beleuchtungssystemen und Displays.

Energie- und Batteriesysteme
Silikonkautschuk wird als Dichtungspolster für Lithiumbatterien eingesetzt, um ein Auslaufen des Elektrolyts zu verhindern, und trägt durch seine Hitzebeständigkeit zur Batteriesicherheit bei. Silikonharzfilme werden in Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) verwendet, um die Protonenleitfähigkeit und chemische Beständigkeit zu verbessern.

Entwicklungstrends

Silikonmaterialien entwickeln sich in folgende Richtungen, um den Anforderungen moderner AI-Geräte besser gerecht zu werden:

Modifizierte Silikone
Durch die Dotierung mit Nanomaterialien wie Graphen, Kohlenstoffnanoröhren oder Bornitrid werden thermische, elektrische und mechanische Eigenschaften verbessert. Beispielsweise kann die Wärmeleitfähigkeit von Bornitrid/Silikonkautschuk-Verbundmaterialien 5–10 W/(m·K) erreichen. Zusätzlich können Fluor- oder Phenylgruppen die Ölbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit und optische Eigenschaften verbessern, wie bei Fluorsilikonkautschuk für die Luft- und Raumfahrtabdichtung.

Biobasierte Silikone
Aus Biomasse wie Stroh oder Lignin hergestellte biobasierte Silan-Kopplungsmittel oder Silikonkautschuke reduzieren die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen und entsprechen dem Trend zur Nachhaltigkeit.

3D-Druck und Individualisierung
Entwicklung von lichthärtenden oder thermisch härtenden Silikon-Tinten, kombiniert mit 3D-Drucktechnologie, ermöglicht die schnelle Fertigung komplexer Strukturen wie flexibler Sensorarrays oder mikrofluidischer Kanäle und erfüllt die individuellen Anforderungen von AI-Geräten.

Selbstheilung und intelligente Reaktion
Silikonmaterialien mit dynamischen chemischen Bindungen wie Wasserstoff- oder Metallkoordinationsbindungen können Kratzer selbst reparieren oder auf Temperatur- bzw. pH-Änderungen reagieren, wodurch die Haltbarkeit und Anpassungsfähigkeit von Geräten erhöht wird.

Umweltfreundlichkeit und Recycling
Durch Einführung von Ester- oder Harnstoffbindungen werden biologisch abbaubare Silikone entwickelt. Über Hydrolyse, Pyrolyse oder andere chemische Recyclingtechnologien können gebrauchte Silikonkautschuke wiederverwertet werden, um die Umweltbelastung durch Elektronikabfälle zu reduzieren.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Silikonmaterialien nicht nur die Grundlage für AI-Smart-Geräte bilden, sondern durch kontinuierliche technologische Innovationen ihre Anwendungsmöglichkeiten erweitern. Die fortgesetzten Fortschritte in Hochleistungsfähigkeit, Funktionalität und Umweltfreundlichkeit bieten entscheidende Materiallösungen für die Entwicklung zukünftiger Geräte, die effizienter, langlebiger und umweltfreundlicher sind.