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Gedruckte und flexible Sensorik

Analysten erwarten massives Wachstum

23. April 2014, 11:20 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Sensor-Versorgung mit gedruckten Thermogeneratoren

Mit einem Problem müssen sich alle Entwickler intelligenter Sensoren auseinandersetzen – nämlich mit der Energieversorgung der hauchdünnen Datensammler. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM haben sich dieser Frage angenommen und erforscht, inwieweit die Energieversorgung von Sensoren aus Temperaturunterschieden erfolgen kann und welche Möglichkeiten gedruckte Thermogeneratoren dabei eröffnen.

»Drahtlose Sensornetzwerke helfen dabei, sicherheitsrelevante Bauteile einfacher zu überwachen«, erklärt Dr. Volker Zöllmer, Abteilungsleiter Funktionsstrukturen am IFAM. Damit die Sensoren optimal arbeiten, müssen sie direkt auf die Oberfläche der Bauteile aufgebracht oder sogar in diese integriert werden. Die Stromversorgung erfolgt meist per Kabel oder Batterie, doch deren begrenzte Lebensdauer sowie das Thema Recycling sind kritische Punkte für die Anwender.

Energy Harvesting könnte hierbei Abhilfe schaffen. Doch damit die Sensoren sich überhaupt für eine Energieversorgung mittels Energy-Harvesting-Verfahren eignen, dürfen sie nur wenig Strom verbrauchen. Wenn die Sensoren in intelligenten Netzen nur beim Senden und Empfangen der Daten aktiv sind, benötigen sie nur noch Energie im Milliwatt-Bereich. Diese Menge können zum Beispiel Thermogeneratoren liefern, die Umgebungswärme in Strom umwandeln.

Die Fraunhofer-Forscher nutzen neue Produktionsverfahren, um solche Generatoren passgenau herzustellen. »Durch das direkte Aufbringen von Strukturen aus funktionalen Materialien auf Basis von Tinten oder Pasten mittels Ink-Jet, Aerosol-Jet, Siebdruck oder Dispensverfahren können nicht nur elektrische Schaltkreise und Sensorelemente auf verschiedene Oberflächen aufgebracht werden, sondern es ist auch möglich, Strukturen zu erzeugen, die Energie ernten«, erläutert Zöllmer.

Durch die gezielte Kombination von metallischen und thermoelektrischen Werkstoffen, die nacheinander aufgetragen werden, stellten die Forscher nun Strukturen her, die sich als thermoelektrische Generatoren nutzen lassen. Der große Vorteil: Die gedruckten Thermogeneratoren lassen sich exakt an die technischen Oberflächen anpassen. Das macht die Sensoren weniger störanfällig, weil die Energieversorgung direkt an die jeweiligen Anforderungen adaptiert werden kann.