Schwerpunkte

Das unsichtbare Schlüsselloch

Transparente Elektronik sorgt für maximale Sicherheit

22. März 2021, 13:31 Uhr   |  Kathrin Veigel

Transparente Elektronik sorgt für maximale Sicherheit
© Empa

Verborgene Sicherheit: In dieser scheinbar einfachen transparenten Folie sind unsichtbare Sensoren verborgen, die mit leitfähiger Tinte aufgedruckt wurden.

Schwere Zeiten für Einbrecher und Panzerknacker: Empa-Forschende haben ein unsichtbares »Schlüsselloch« aus gedruckter, transparenter Elektronik entwickelt. Damit wissen nur Eingeweihte, wo der Zugangscode einzugeben ist.

Auf den ersten Blick wirkt die Idee von Empa-Forscherin Evgeniia Gilshtein unscheinbar – oder genauer gesagt: unsichtbar. Was zunächst wie eine simple Klarsichtfolie aussieht, verbirgt in sich ein ganz neues Maß an Sicherheit. Denn auf das transparente Trägermaterial sind unsichtbare Schaltflächen gedruckt, deren Position nur Eingeweihten bekannt ist.

Derartige Schaltungen können beispielsweise als Zugangscode mit einem Türschloss verbunden werden. Werden die Schaltflächen auf der Polymerfolie mit dem Finger in einer festgelegten Sequenz berührt, lässt sich das Türschloss öffnen.

Leitfähige Geheimtinte

Dem Forschungsteam des Labors Thin Films and Photovoltaics der Empa, in dem Evgeniia Gilshtein arbeitet, ist es bereits zuvor gelungen, Polymer-Folien mit elektronischen Schaltungen und Sensoren zu bedrucken. Gemeinsam mit Forschern des Paul-Scherrer-Instituts (PSI) und der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) brachten sie innerhalb des Forschungsprojekts FOXIP (Functional OXIdes Printed on Polymers and Paper) Dünnfilmtransistoren auf Papier- und PET-Folien auf.

Hierfür setzt das Team auf transparente leitfähige Metalloxide (Transparent Conductive Oxides, TCO). Die leitfähige Tinte kann beispielsweise mit einem Tintenstrahldrucker auf die Oberfläche gebracht werden. Hierfür kommen hochspezialisierten Geräte des Coating Competence Center der Empa zum Einsatz, die Elektronik mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich aufdrucken können.

Eleganter Umweg

Nun wird mit der transparenten Sicherheitsfolie eine von vielen Anwendungen der Technologie vorangetrieben. Wichtig war den Forschenden vor allem, dass der additive Fertigungsprozess der Folie auch im industriellen Massstab eingesetzt werden kann. Genutzt werden könnte das unsichtbare Türschloss beispielsweise in Banken oder Spitälern, aber auch für Privatwohnungen.

Empa
© Empa

Prototyp: Wer nicht weiß, dass der Zugangscode auf der Folie am Türscharnier eingegeben werden muss, bekommt keinen Zugang.

Damit die metallhaltige Nanopartikel-Tinte transparenter und leitfähiger als herkömmliche Produkte wird, nutzen die Forschenden einen eleganten Umweg im Produktionsprozess: Nachdem die Schaltungen auf die Trägerfolie gedruckt waren, wurde die Folie in einem nächsten Schritt blau eingefärbt.

Da die blaue Farbe, im Gegensatz zu einer durchsichtigen Folie, Licht absorbieren kann, ermöglicht dies nun ein Einbrennen der Tinte auf dem Untergrund, und zwar mittels energiereicher Lichtbestrahlung. Dabei verschwindet nicht nur die blaue Farbe, die Geheimtinte aus Indium-Zinn-Oxid wird im gleichen Schritt auch gleich unsichtbar. Das Ergebnis sind gedruckte Schaltungen, die eine deutlich höhere Leitfähigkeit haben als bisherige Lösungen.

Die Sensor-Flächen sind für das menschliche Auge nicht auszumachen und lassen sich an geeigneten Stellen platzieren, etwa über dem Türscharnier des ersten Prototyps. Die Schaltungen lassen sich aber ebensogut auf einer Glasscheibe oder einem geschwungenen Türgriff positionieren.

Die Folie ist zudem mit einem Display gekoppelt, das anzeigt, ob der Code korrekt eingegeben wurde. Die Anzahl der Sensoren lässt sich aufgrund des vergleichsweise simplen Druckprozesses zudem quasi beliebig erhöhen.

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