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Elektronik per 3D-Druck

Printed Electronics
Wie die Elektronik auf Papier oder PET-Folie kommt

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Mit speziellen Druckgeräten lassen sich elektronische Komponenten auf flexible Unterlagen wie Papier oder Polymer drucken (Bild: Empa)
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Forscher arbeiten an einer Elektronik, die aus dem Drucker kommt. Das ermöglicht, die Schaltkreise auf allen möglichen Unterlagen herzustellen, etwa auf Papier oder Kunststofffolien.

Printed Electronics, also gedruckte Elektronik, ermöglicht es, Schaltkreise auf verschiedenen Substraten aufzubringen – mit Tinte und speziellen Druckern. Damit eröffnet sich ein vielversprechender Markt: Ein neuer Report des Branchenverbands für organische und gedruckte Elektronik zeigt, dass sich der Bereich bereits heute zu einem Weltmarkt von über 35 Milliarden US-Dollar entwickelt hat – der in den nächsten Jahren kräftig weiterwachsen soll.

Traditionell ist die Herstellung von Elektronik eine aufwendige Angelegenheit, die teure Ausrüstung erfordert. Das Internet der Dinge benötigt aber eine neue Art von Elektronik: Die Schaltkreise müssen nicht mehr um jeden Preis so winzig und schnell wie möglich, sondern günstig und einfach herzustellen sein – und gleichzeitig sollen sie auf dünnen und flexiblen Substraten realisierbar sein.

Dazu gehören zum Beispiel RFIDs auf Produktverpackungen. Denkbar sind künftig auch Anwendungen für einfache Sensoren auf Milchpackungen, die anzeigen, wenn der Inhalt nicht mehr genießbar ist, oder auf tiefgefrorenen Produkten, die signalisieren, ob die Kühlkette unterbrochen wurde.

Mittels 3-Druck Elektronik auf Papier drucken

Die schweizerischen Empa-Forscher Jakob Heier vom Labor für funktionelle Polymere und Yaroslav Romanyuk vom Labor für Dünnfilme und Photovoltaik arbeiten mit ihren Teams daran, die Technologie weiterzubringen. Gemeinsam mit Forschern des Paul Scherrer Instituts und der EPFL Lausanne arbeiten sie am Forschungsprojekt Functional Oxides Printed on Polymers and Paper, kurz Foxip. Ziel des Projekts ist es, Dünnfilmtransistoren auf Papier- und PET-Folien zu drucken – und zwar mit einer Drucktechnik, die sich für den Einsatz in der Industrie eignen könnte.

Verwendet werden dafür Tinten, in denen winzige Partikel von Metalloxiden gelöst sind. Diese werden mit verschiedenen Drucktechniken auf die Unterlage aufgebracht, per Kontaktdruck oder aber mit einem speziellen Tintenstrahldrucker.

Um die Schaltkreise zuverlässig auf flexiblen Unterlagen drucken zu können, müssen zunächst einige Herausforderungen bewältigt werden: von der Optimierung der Unterlage selbst über die Zusammensetzung der Tinte und die Genauigkeit bei der Drucktechnologie bis hin zum thermischen Aushärten der Schichten, ohne dass das Papier oder die Folie dabei Schaden nimmt.

Die Forscher haben bereits einige Lösungsansätze erarbeitet. Der Vorteil: Die entwickelten Drucktechnologien basieren auf Geräten, mit denen die Industrie bereits arbeitet. Das ermöglicht eine schnelle Umsetzung vom wissenschaftlichen Durchbruch zur industriellen Produktion von neuer gedruckter Elektronik.

Kontakt:
Empa
Ueberlandstr. 129
8600 Dübendorf
Schweiz
Telefon: +41 (0)58 765 11–11
www.empa.ch

www.empa.ch/web/s604/printed-transistors-eq68

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