Multifunktionale Anwendungen für gedruckte Elektronik

Wenn bei der Ware im Gefrierschrank eines Supermarktes die Kühlkette nicht ordnungsgemäß eingehalten wurde, sieht der Verbraucher dies auf einem Etikett, das auf Temperaturveränderungen reagiert – Beispiele wie dieses sind heute noch Zukunftsmusik.

Realität werden könnten sie durch die Anwendung von gedruckter Elektronik. Demonstratoren dafür entwickeln die Wissenschaftler des Projektes FLEXIBILITY. Unter dem Titel „Flexible Multifunctional Bendable Integrated Light-Weight Ultra-Thin Systems“ arbeiten Forscher des Instituts für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz unter Leitung von Prof. Dr. Arved Hübler gemeinsam mit Partnern wie der ETH Zürich, der Siemens AG und der TU Dresden. Das Gesamtvolumen des Projektes beträgt 6,9 Millionen Euro für eine Laufzeit von vier Jahren, wovon knapp fünf Millionen Euro durch die Europäische Union gefördert werden. Insgesamt vereint FLEXIBILITY die Expertise von sieben Unternehmen und vier Forschungseinrichtungen aus sechs Ländern.

Hauptziel ist die Produktion flexibler multifunktioneller elektronischer Systeme unter Nutzung von Rollendruckverfahren auf Papier oder Folie. Eine zentrale Komponente ist dabei die von den Chemnitzer Forschern entwickelte Mehrlagentechnologie, die es ermöglicht, gedruckte elektronische Schaltungen über mehrere Ebenen zu verbinden. „Die quasi dreidimensionalen Transistorschaltungen eröffnen völlig neue Möglichkeiten, komplexe Systeme zu realisieren“, erklärt Hübler. Bei FLEXIBILITY spielt die Weiterentwicklung dieser gedruckten Schaltungen eine wesentliche Rolle für die geplanten Demonstratoren. Die neuartigen Etiketten sollen nicht nur auf Temperatur reagieren – wie bei der Überwachung der Kühlkette – sondern auch auf Bewegung. Wenn ein Kunde im Supermarkt ein Produkt in die Hand nimmt, gibt dieses ihm dann eigenständig akustisch oder optisch weitere Informationen, vom Preisnachlass bis zum Alleinstellungsmerkmal gegenüber Konkurrenzprodukten. Auch zum Diebstahlschutz könnten die Etiketten eingesetzt werden, nicht nur in Geschäften, sondern beispielsweise auch in Museen. Um diese Demonstratoren zu realisieren, steht zunächst die Entwicklung der dafür notwendigen Einzelkomponenten im Fokus des Projektes: flexible Batterien, Solarzellen, gedruckte Schaltungen, Lautsprecher und Touch Screens sowie Bewegungs- und Temperatursensoren. „Die Komplexität dieses Projektes stellt eine große Herausforderung dar“, resümiert Dr. Georg Schmidt, Projektleiter an der TU Chemnitz, „doch die Kombination dieser innovativen Technologien verspricht einen Wettbewerbsvorteil für den europäischen Markt.“

Das Team um Prof. Hübler befasst sich seit mehr als zehn Jahren mit der gedruckten Elektronik. Dabei nutzt es die traditionellen Druckverfahren Tiefdruck, Offsetdruck und Flexodruck nicht mehr zur Herstellung von Texten und Bildern, sondern von elektronischen Strukturen. Die Arbeitsgruppe hatte 2003 den weltweit ersten in dieser Form hergestellten Transistor gezeigt und erst kürzlich auf Papier gedruckte Solarzellen präsentiert. Die Mehrlagentechnologie, auf der das neue Forschungsprojekt aufbaut, wurde bereits veröffentlicht: Arved C. Hübler, Georg Schmidt, Heiko Kempa, Kay Reuter, Mike Hambsch, Maxi Bellmann: Three-dimensional integrated circuit using printed electronics; Organic Electronics 12 (2011) 419–423

Weitere Informationen erteilt Dr. Georg Schmidt, Projektleiter FLEXIBILITY an der Professur Printmedientechnik, Telefon 0371 531-35175, E-Mail georg.schmidt@mb.tu-chemnitz.de