Gedruckte und flexible Sensorik Analysten erwarten massives Wachstum

Relative Marktanteile im Bereich gedruckter und flexibler Sensoren in 2024
Relative Marktanteile im Bereich gedruckter und flexibler Sensoren in 2024

Sensoren werden immer dünner, biegsamer und dabei auch noch immer leistungsfähiger. Zu verdanken ist dies vor allem dem Ideenreichtum europäischer Wissenschaftler. Dass sich die Forschungsarbeit auch langfristig lohnen wird, zeigen aktuelle Marktanalysen und -prognosen.

Nach Analysen des britischen Marktforschungsinstituts IDTechEx wird sich der Markt für gedruckte und flexible Sensoren in den kommenden Jahren massiv nach oben entwickeln: Lag er im Jahr 2013 bereits bei 6,3 Milliarden US-Dollar, soll er bis 2020 nochmals um mehr als 1 Milliarde wachsen. Den größten Anteil beanspruchen derzeit die Biosensoren für sich, allen voran die Glukose-Messstreifen für Diabetiker.

Mit dem Aufkommen neuer Materialien und Herstellungsverfahren wachsen auch die Marktchancen weiterer Sensortypen. So erwarten die Experten von IDTechEx, dass bis zum Jahr 2024 bereits neue, hybride CMOS-Bildsensoren den zweitgrößten Marktanteil erobern werden (s. Grafik).

Auch hinsichtlich der Marktsegmente erwarten die Analysten eine Verschiebung: Sind derzeit noch die größten Umsatzzahlen in der Consumer-Elektronik und im Bereich Healthcare zu finden, soll vor allem die Automobilindustrie in den nächsten fünf Jahren massiv nachziehen und sich auf Platz 2 schieben.

Im Zuge dessen erwartet IDTechEx auch eine Verdreifachung des Marktanteils der piezoresistiven Sensoren – das entspricht einer jährlichen Wachstumsrate von rund 23 Prozent.

Europa hat in Sachen Forschung und Entwicklung gedruckter und flexibler Sensoren ein gewichtiges Wort mitzusprechen. Und auch die Kommerzialisierung der Entwicklungsprojekte gelingt dank der traditionell intensiven Zusammenarbeit der Forschungsinstitute mit der Industrie in Europa besser als in so manch anderer Region. Wir haben nachfolgend einige der aktuellen Entwicklungen für Sie zusammengestellt.

Hauchdünn und äußerst anschmiegsam

Wissenschaftler der schweizerischen ETH Zürich arbeiten derzeit an Elektronikbauteilen, die dünner und biegsamer sind als alles, was es bisher gab und die völlig neue Möglichkeiten für ultradünne, durchsichtige Sensoren eröffnen sollen. Herz der neuen Dünnfilmtechnologie ist eine Membran aus Parylen - einem Kunststoff, den die Forscher schichtweise auf eine herkömmliche 2-Zoll-Siliziumscheibe aufdampften. Der Parylenfilm ist maximal ein Tausendstel Millimeter dick – 50-mal dünner als ein Haar. In weiteren Arbeitsschritten bauten die Wissenschaftler mit standardisierten Methoden Transistoren und Sensoren aus Halbleitermaterialien wie Indium-Gallium-Zink-Oxid, respektive Leitermaterial wie Gold auf. Danach lösten sie den Parylenfilm mit den darauf enthaltenen Elektronikkomponenten von der Siliziumscheibe ab.

Das so fabrizierte Elektronikbauteil ist äußerst biegsam, anpassungsfähig und – je nach Wahl der Materialien – durchsichtig. Den theoretisch ermittelten Biegeradius von 50 Mikrometern bestätigten die Forscher in Versuchen, bei denen sie die Elektronikmembran auf menschliche Haare legten und beobachteten, dass sich die Membran um diese herum genau anpasste. Die auf der Folie aufgebrachten Transistoren, die aufgrund ihrer Bauweise aus keramischen Materialien weniger flexibel sind als das Trägermaterial, funktionierten trotz dieser starken Biegung einwandfrei.

Eine mögliche Anwendung für ihre biegsame Elektronik sehen die Wissenschaftler in »smarten« Kontaktlinsen. Für erste Tests brachten die Forscher ihre Dünnfilmtransistoren kombiniert mit Dehnungsmessstreifen auf handelsüblichen Kontaktlinsen auf. Diese setzten sie einem künstlichen Auge auf und untersuchten, ob die Membran und vor allem die Elektronik den Biegeradius des Auges aushielten und weiterhin funktionierten. Tatsächlich zeigten die Tests, dass derartige smarte Kontaktlinsen funktionstüchtig sind und zur Messung des Augeninnendrucks genutzt werden könnten.

Ehe die Forscher aber an eine kommerziell verwertbare Lösung denken können, gilt es noch einige technische Hürden zu überwinden. So muss beispielsweise der Aufbau der Elektronik auf der Kontaktlinse noch optimiert werden, um die Effekte der wässrigen Augenumgebung zu berücksichtigen. Außerdem brauchen die Sensoren und Transistoren Energie, wenn auch nur wenig. Dennoch muss diese bisher von außen zugeführt werden.