Druckbare Elektronik Forscher entwickeln druckbare Magnetsensoren

Das Forscherteam (v.l.): Prof. Dr. Oliver G. Schmidt (IFW Dresden und TU Chemnitz), Daniil Karnaushenko (Doktorand an der TU Chemnitz) und Dr. Denys Makarov (IFW Dresden.
Das Forscherteam (v.l.): Prof. Dr. Oliver G. Schmidt (IFW Dresden und TU Chemnitz), Daniil Karnaushenko (Doktorand an der TU Chemnitz) und Dr. Denys Makarov (IFW Dresden.

Forscher des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und der Technischen Universität Chemnitz haben gemeinsam Magnetfeldsensoren entwickelt, die einfach auf flexible Unterlagen wie Papier oder Folie gedruckt werden können. Sie können als druckbare Schalter in Mikrosysteme integriert oder als kontaktlose Schnittstelle zur Steuerung elektronischer Schaltkreise verwendet werden.

In der Vergangenheit gab es schon verschiedene elektronische Bauteile, die durch ein einfaches Druckverfahren auf verschiedene Unterlagen wie Papier oder Folie gebracht werden. Druckbare Schaltungen mit Widerständen, Transistoren und Dioden sind also nichts Neues. Den Forschern aus Dresden und Chemnitz ist es nun gelungen, druckbare Sensoren, die auf dem sogenannten GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance) beruhen, zu entwickeln. Dieser Effekt beschreibt, wie sich der elektrische Widerstand von dünnen magnetischen Schichten stark durch äußere Magnetfelder ändert. Genutzt wird der Effekt vor allem beim kontaktlosen Schalten oder beim Lesen magnetisch gespeicherter Informationen, z.B. auf Computer-Festplatten.

GMR-Sensoren bestehen üblicherweise aus Schichten von ferromagnetischen und nicht-magnetischen Metallen wie Kobalt und Kupfer, die auf Silizium-Substrat aufgebracht werden. Das Forscherteam um Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Direktor des Instituts für Integrative Nanowissenschaften des IFW Dresden und Professor für Materialsysteme der Nanoelektronik an der TU Chemnitz, ist es gelungen, diese Schichten vom Substrat abzulösen und daraus eine magnetische Tinte zu entwickeln. Diese Tinte weist bei Raumtemperatur einen Riesenmagnetowiderstand (GMR) auf, der ausreicht, um damit funktionstüchtige Sensoren auf flexiblen Trägermaterialien wie Papier oder Folie aufzubringen.

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Druckbare GMR-Sensoren

Forscher des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und der Technischen Universität Chemnitz haben gemeinsam Magnetfeldsensoren entwickelt, die einfach auf flexible Unterlagen wie Papier oder Folie gedruckt werden könne

Als erster Test, dass die gedruckten Magnetfeld-Sensoren in andere, bereits bestehende gedruckte elektronische Bauteileintegriert werden können, um magnetische Felder zu detektieren und auf sie zu reagieren, wurden eine GMR-Sensor auf eine Postkarte aufgebracht. Der GMR-Sensor wurde als Magnetschalter in einen elektronischen Schaltkreis integriert auf die Karte aufgedruckt. Eine darin integrierte LED wird von einem Magneten angesteuert, der wiederum den Widerstand des gedruckten Magnetsensors ändert und so den Stromfluss beeinflusst.

Das Forscherteam nennt einige Anwendungsbeispiele: Aktive intelligente Verpackungen, Postkarten, Bücher und Werbematerialien, die mit ihrer Umgebung kommunizieren können. In Schaltkreisen könnten die Magnetsensoren als kontaktlose Schalter verwendet werden. In Kombination mit einem RFID-Transponder und einer druckbaren Antenne könnten z.B. der Datenaustausch durch externe Magnetfelder gesteuert werden. Dr. Denys Makarov, Leiter der Gruppe Magentic Nanomembranes im IFW Dresden: »Unser erster Demonstrator eines auf eine Postkarte gedruckten Magnetschalters bringt die Vision einer integrierten durchgängig druckbaren Elektronik der Wirklichkeit ein großes Stück näher.«