Den Weg zur kostengünstigen Massenproduktion neuartiger elektronischer Bauelemente weisen Forscher der TU München. Sie arbeiten unter anderem an Druck- und Temperatursensoren für elektronische Roboterhaut oder Bionikanwendungen.
Ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist ein einziges, zylinderförmiges Molekül, das aus einer aufgerollten Schicht von Kohlenstoffatomen besteht, die wabenartig miteinander verbunden sind. So ein Hohlkörper hat einen Durchmesser von nur etwa 1 nm, kann aber viele Millionen Male länger als dick sein. Jedes Röhrchen ist besonders dicht und zugfest, und je nach Detail der Struktur ist die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Röhre metallisch oder halbleitend.
Forscher der TU München haben sich allerdings vor allem dafür interessiert, was man mit großen Massen der Nanoröhrchen anstellen kann. Werden sie in einem dünnen Film ausgebreitet , bilden sie zum Beispiel leitfähige Netze, die als Elektroden dienen können. Strukturierte und geschichtete Filme können als Sensoren oder Transistoren verwendet werden. Der elektrische Widerstand dieser Filme lässt sich mit einer externen Spannung oder durch die Adsorption von Gasmolekülen modulieren.
So konnten die Forscher auf der Grundlage von Kohlenstoff-Nanoröhrchen Gassensoren entwickeln, die andere Technologien mit ihrer Kombination von Merkmalen übertreffen. Sie reagieren kontinuierlich auf kleinste Veränderungen der Konzentration von Gasen wie Ammoniak, Kohlendioxid und Stickstoffoxid. Sie arbeiten bei Raumtemperatur und verbrauchen kaum Energie. Und sie lassen sich sogar mit großflächigen und kostengünstigen Verfahren per Roboterdüse auf flexible Substrate wie biegsame Plastikfolie sprühen. Kostspielige Reinräume sind nicht erforderlich. Das könnte das Tor zur kommerziellen Nutzung dieser Sensoren aufstoßen, denn die Technologieplattform lässt sich leicht hochskalieren.
Eine Anwendungsmöglichkeit für solche Sensoren könnten Folienverpackungen von Lebensmitteln sein. Die darin gemessenen Gaskonzentrationen wären ein viel genauerer Indikator für den Frische-Zustand eines Lebensmittels als ein aufgedrucktes Haltbarkeitsdatum. Wird Kohlendioxid gemessen, lässt sich zum Beispiel die voraussichtliche Haltbarkeit von Fleisch bestimmen. Wenn die Verbraucher diese „intelligente Verpackung“ annehmen und die toxische Unbedenklichkeit der Bauelemente nachgewiesen ist, könnte die Technik die Nahrungssicherheit erhöhen und die Menge der weggeworfenen Lebensmittel drastisch reduzieren. Auch die Echtzeit-Überwachung der Luftqualität von Innenräumen ließe sich kostengünstiger und praktischer als bisher umsetzen.
Noch zu lösende technische Herausforderungen sind hauptsächlich anwendungsspezifischer Art: So wären Gassensoren wünschenswert, die sowohl selektiv als auch empfindlich arbeiten. An neuen Arten von Solarzellen und biegsamen Transistoren wird derzeit gearbeitet, wie auch an Druck- und Temperatursensoren, die Eingang in elektronische Roboterhaut oder in Bionikanwendungen finden könnten.
Weitere Informationen Zum Lehrstuhl für Nanoelektronik: www.nano.ei.tum.de/
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