Metamaterialien können Licht und weitere Arten von elektromagnetischen Wellen so umlenken, dass Objekte unsichtbar werden oder mit Hilfe von Infrarotkameras und Radar nicht mehr zu entdecken sind. Ein „Tarnumhang“ wie bei Harry Potter liegt allerdings noch in weiter Ferne. Bisherige Varianten können nur sehr kleine, unbewegte Objekte verbergen und beschränken sich zudem meist auf einen geringen Bereich des elektromagnetischen Spektrums – beispielsweise nur bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts oder bestimmte Radarfrequenzen.
Druckbare Tinte aus Flüssigmetall
Ein Team um Jeongsu Pyeon vom Koreanischen Institut für Wissenschaft und Technologie in Daejeon hat nun eine Technologie entwickelt, die neue Arten von Tarnkappen ermöglichen könnte – und zugleich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für tragbare Elektronik eröffnet. „Wir haben eine Tinte entwickelt, die auf Flüssigmetall basiert und sich zur Herstellung von Metamaterial-Absorbern eignet, also Strukturen, die elektromagnetische Wellen effektiv absorbieren oder umlenken können“, berichtet das Forschungsteam.
Als Grundsubstanz für ihre Tinte nutzten die Forschenden Galinstan, eine Legierung aus den Metallen Gallium, Indium und Zinn, die bei Raumtemperatur flüssig ist. Da diese Legierung eine sehr hohe Oberflächenspannung hat und ihre Viskosität, also ihre Fließeigenschaften, schwer kontrollierbar sind, war ihr Einsatz für Beschichtungen bislang begrenzt. Pyeon und seine Kollegen ummantelten die Gallistan-Partikel nun mit dem Bindemittel Polyvinylpyrrolidon (PVP) und verringerten auf diese Weise die Oberflächenspannung. Zudem fügten sie eine synthetische Substanz namens Laponit hinzu, die die Tinte dünnflüssiger machte.
Auf diese Weise erhielten sie eine Tinte, die zuverlässig auf verschiedenen Materialien haftet und sich leicht mit herkömmlichen Druckverfahren oder auch mit einem Pinsel auftragen lässt. Sie trocknet gleichmäßig, ohne Flecken oder Risse zu bilden, und ist ohne weitere Verarbeitungsschritte einsatzfähig. Elektroden, die mit dieser Tinte gedruckt wurden, ließen sich obendrein auf das 120-fache ihrer Länge dehnen, ohne ihre Leitfähigkeit zu verlieren. Zudem hielten sie fast ein Jahr lang.
Tarnkappe gegen Radarwellen
Um die Anwendungsmöglichkeiten zu demonstrieren, stellten die Forschenden mit Hilfe ihrer neu entwickelten Tinte einen Metamaterial-Absorber her, der mit elektromagnetischen Wellen interagiert. Dazu druckten sie mit ihrer Spezialtinte winzige netzartige Strukturen und maßen, inwieweit diese verschiedene Wellenlängen absorbierten. Das Ergebnis: „In ungestrecktem Zustand absorbierte unser Metamaterial-Absorber elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von 5,68 Gigahertz“, berichtet das Team. Das entspricht der Länge von Radarwellen. Für einen eng begrenzten Frequenzbereich könnte ein entsprechendes Metamaterial also Objekte vom Radar verschwinden lassen.
Weitere Versuche zeigten, dass sich der abgedeckte Bereich durch Dehnung des Materials anpassen lässt: Je stärker es gespannt wurde, desto niedriger wurde die Resonanzfrequenz. Je nach Dehnung und gedrucktem Muster ließen sich also verschiedene Frequenzbereiche elektromagnetischer Strahlung abdecken. Gegen sichtbares Licht konnte der Metamaterial-Absorber dagegen nichts ausrichten. Um für unser Auge unsichtbar zu werden, müsste das Material mit etwa 100.000mal höheren Frequenzen interagieren.
Doch auch unabhängig von Tarnkappen bietet die neuartige Tinte vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. „Ihre Anpassungsfähigkeit macht die Tinte zu einem vielversprechenden Material für vielfältige Anwendungen in dehnbarer und flexibler Elektronik, darunter am Körper getragene Geräte, Soft-Robotik, Energieumwandlungs- und -speichersysteme sowie Nanogeneratoren“, schreiben die Forschenden.
Quelle: Jeongsu Pyeon (Korea Advanced Institute of Science and Technology) et al., Small, 2025, doi: 10.1002/smll.202501829
