Papierdünne Tastaturen aus Verpackungsmaterial

Einem Team von österreichischen und amerikanischen Forschern ist es gelungen, flache Drucksensoren auf Basis von TFTs zu entwickeln, mit denen in einigen Jahren papierdünne Tastaturen konstruiert werden könnten. Flächige Drucksensoren sind zwar schon länger bekannt, nur war es bislang nicht möglich, sie zur Schaltung von Dünnschichttransistoren (TFT) zu nutzen.

Der Durchbruch gelang dem Team damit, dass die Schaltung der Transistoren vorübergehend ist. „Bislang konnten lediglich permanente Schaltungen realisiert werden, die als Drucksensoren natürlich ungeeignet sind“, erklärt Projektleiter Siegfried Bauer vom Institut für Experimentalphysik an der Kepler-Universität Linz im Gespräch mit pressetext.

„Es kommt auf die richtige Schichtung der Komponenten an“, so Bauer. „Wir haben auf einem Trägermaterial aus Polymid einen Propylen-Schaum über einem TFT aufgebracht.“ Der polymere Propylen-Schaum ist der eigentliche Sensor. Bei Druck nähern sich die unterschiedlich geladenen Seiten der einzelnen Hohlräume im Schaum an und erzeugen ein elektrisches Signal. „Das Tolle an dieser Kombination ist, dass die Schaltung des Transistors vorübergehend ist. Lässt der Druck auf die Propylen-Schicht nach, kehrt die Schaltung des Transistors in seine Ausgangslage zurück“, erläutert Bauer.

Der praktische Nutzen dieser Arbeiten würde sich aus zwei Tatsachen ergeben, so die Forscher. Zum einen sei die Drucksensibilität hoch und bei verschiedenen Druckstärken gegeben, zum anderen seien die verwendeten Materialien billig. „Die Druckempfindlichkeit des Sensors reichte in unseren Messungen von wenigen Pascal bis zu einem Megapascal. Dabei wurde eine Spannung bis zu 100 Volt gemessen. Mehr als genug, um die Transistoren zu schalten.“ Aus dieser Empfindlichkeit ergibt sich beispielsweise die Möglichkeit der Verwendung als Mikrofon. Denn eine Lautstärke von 100 Dezibel entspricht etwa einem Druck von zwei Pascal. Tatsächlich konnte das Team anhand des Prototyps eines flächigen Mikrofons eine lineare Beziehung zwischen Lautstärke bzw. Luftdruck und erzeugter Spannung demonstrieren. „Handys werden immer flacher. Mit unserem Drucksensor können Mikrophone in Papierstärke konstruiert und verbaut werden“, meint Bauer.

Besonders verwiesen wird von den Wissenschaftlern auf die günstigen Produktionskosten, denn die Materialien sind schon heute in Verwendung, nur eben nicht in der nun gezeigten Funktion. So wird das für die Polymerschäume verwendete Propylen sowohl im Haushalt als auch in der Verpackungs- und Automobilindustrie verwendet, ohne dass die Eigenschaft als Ferroelektret genutzt wird. „Derzeit befinden wir uns noch in einem frühen Stadium der Forschungen“, erläutert Bauer. „Jedoch denke ich, dass in etwa drei Jahren auf Basis dieser Technik hauchdünne Tastaturen fertig entwickelt sind.“ Die Überlegungen gehen allerdings noch weiter: So sollen die Sensoren als künstlicher Hautersatz oder als interaktive Kleidung Anwendung finden.