Forschungsprojekt um CTR Smarte Sensoren für die Holzforschung

Der gedruckte Sensor muss einiges aushalten: hohe Temperaturen, Wasser, Druck oder Säuren in der Holzproduktion.
Der gedruckte Sensor muss einiges aushalten: hohe Temperaturen, Wasser, Druck oder Säuren in der Holzproduktion.

Hohe Temperatur und Druck überstehen, Wasserdampf durchlassen, Säuren aushalten und dabei größenvariabel und kostengünstig sein: Das sind Anforderungen an Sensoren, die Informationen über die Materialqualität oder Verschleiß in Holzverbundstoffen liefern sollen.

Im Projekt OptiSens will das Forschungsteam das Verhalten des Materials sowohl im Herstellungsprozess als auch in der Nutzung sichtbar machen. Dazu will man smarte gedruckte Sensoren entwickeln und sie in den Verbundwerkstoff Holz integrieren. Die smarten Sensoren sollen das Holz quasi über den gesamten Lebenszyklus begleiten.

Unter der Leitung des Kompetenzzentrums Holz GmbH (Wood K plus) haben sich zehn Partner aus Forschung und Industrie zu diesem Projekt zusammengetan. Die Forschungen fokussieren sich auf die drucktechnische Herstellung kostengünstiger Sensoren, die unter anderem die Temperatur, den pH-Wert und den Wechselstromwiderstand messen.

Der smarte Sensor soll dann in duroplastischen Verbundwerkstoffen integriert werden und bereits in-situ, also während der Produktion, Informationen über das Materialverhalten liefern. Die neue Methode soll ein genaues Bild des Reaktionsverlaufs in der Verarbeitung liefern. So kann der Herstellungsprozess näher erforscht und optimiert werden.

Als Effekt sollen die smarten Sensoren helfen, die Produktionszeit zu verkürzen und die Qualität zu steigern. Das Endprodukt wie beispielsweise tragende Bauelemente profitiert davon: Die Materialqualität steigt und die Langzeit-Stabilität wird erhöht.

Im Wesentlichen kontrollieren die Sensoren den molekularen Vernetzungsgrad der Materialien. Derzeit kann dieser erst im Nachhinein über aufwendige zerstörende Prüfmethoden bestimmt werden. Um schon während der Produktion eingesetzt werden zu können, müssen die Sensor jedoch teils extreme Bedingungen aushalten: Hohe Temperaturen und Druck, Wasserdampf und sogar Säuren wirken auf das Holz ein. Das führt auch zu Größenveränderungen des Materials, die die Sensoren ohne Beschädigung mitmachen müssen. Daneben sollen die Sensoren natürlich auch kostengünstig sein.

Für die Sensorik müssen neue, adaptive Ansätze in Materialkombinationen und Herstellungsprozessen entwickelt werden. Die Materialauswahl (leitfähige Pasten, Siebe, Druckstoffe etc.) werden mit dem Design und der Integration in ein Gesamtsystem abgestimmt. Das Forschungszentrum CTR Carinthian Tech Research unterstützt bei der Entwicklung gedruckter pH-sensibler Sensoren. Dabei werden 3D-Drucktechnologien eingesetzt.

Doch nicht nur die Holzwerkstoff- und Verbundstoffindustrie soll von der Entwicklung profitieren. Das zell- und molekularbiologische Labor am Kepler-Universitätsklinikum in Linz wird die Sensoren zur Messung der Vitalität lebender Zellen einsetzen. Damit wären auch Anwendungen in der Biotechnologie oder im medizinischen Bereich möglich.