Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Hauch von Elektronik

08.01.2014
ETH-Forscher entwickeln Elektronikbauteile, die dünner und biegsamer sind als bisherige.

Sie können sich gar um ein einzelnes Haar herumlegen, ohne dass die Elektronik Schaden nimmt. Das eröffnet neue Möglichkeiten für ultradünne, durchsichtige Sensoren, die buchstäblich ins Auge gehen.


Die hauchdünne Elektronikmembran haftet auf verschiedenen Oberflächen.
Bild: Peter Rüegg / ETH Zürich

Niko Münzenrieder taucht ein Blatt eines Ficus' in Wasser, in dem Stücke einer metallisch glänzenden Membran treiben. Mithilfe einer Pinzette schiebt er sorgfältig eines dieser Stückchen auf das Blatt der Zimmerpflanze. Schliesslich hebt er es hoch, und die Folie haftet wie angegossen auf der Blattoberfläche.

Der Postdoc-Forscher demonstriert so, welche besonderen Eigenschaften das von ihm mitentwickelte Elektronikbauteil in Form einer hauchdünnen Membran hat. «Diese neuartigen Dünnfilmtransistoren haften auf verschiedensten Oberflächen und passen sich ideal daran an», erklärt der Physiker.

Im Elektroniklabor von Professor Gerhard Tröster forschen Wissenschaftler schon seit einiger Zeit an flexiblen Elektronikkomponenten wie Transistoren oder Sensoren. Ziel ist, derartige Bausteine in Textilien einzuweben oder auf der Haut aufzubringen, um Gegenstände «smart» zu machen oder bequem zu tragende, unauffällige Sensoren zur Überwachung von verschiedenen Körperfunktionen zu entwickeln.

Anschmiegsam, aber funktionstüchtig

Diesem Ziel sind die Forscher nun mit ihren Dünnfilmbauelementen einen grossen Schritt näher gekommen. Die Arbeit darüber wurde soeben in der Fachzeitschrift «Nature Communications» veröffentlicht. Mit ihrer neuartigen Dünnfilmtechnologie haben sie eine äusserst biegsame funktionstüchtige Elektronik hervorgebracht.

Innerhalb eines Jahres hat Münzenrieder zusammen mit Giovanni Salvatore ein Verfahren entwickelt, das die Herstellung dieser Dünnfilmbauelemente ermöglichte. Die Membran besteht aus Parylen, einem Kunststoff, den die Forscher schichtweise auf eine herkömmliche 2-Zoll-Siliziumscheibe aufdampften. Der Parylenfilm ist maximal ein Tausendstel Millimeter dick – 50mal dünner als ein Haar. In weiteren Arbeitsschritten bauten sie dann mit standardisierten Methoden Transistoren und Sensoren aus Halbleitermaterialien wie Indium-Gallium-Zink-Oxid respektive Leitermaterial wie Gold auf. Danach lösten die Forscher 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 für die Transistoren – durchsichtig. Den theoretisch ermittelten Biegeradius von 50 Mikrometern bestätigten die Forschenden 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.

Smarte Kontaktlinse misst Augendruck

Eine mögliche Anwendung für ihre biegsame Elektronik sehen Münzenrieder und Salvatore zum Beispiel bei «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 diese Tests, dass derartige smarte Kontaktlinsen funktionstüchtig sind und zur Messung des Augeninnendrucks genutzt werden könnten. Der Augeninnendruck ist ein wichtiger Risikofaktor für das Entstehen eines Glaukoms, dem Grünen Star.

Die Forscher müssen aber auch noch ein paar technische Hürden überwinden, ehe an eine kommerziell verwertbare Lösung gedacht werden kann. So muss der Aufbau der Elektronik auf der Kontaktlinse optimiert werden, um die Effekte der wässrigen Augenumgebung zu berücksichtigen. Ausserdem brauchen Sensoren und Transistoren Energie, wenn auch nur wenig. Dennoch muss diese bis anhin von aussen zugeführt werden. «Im Labor unter dem Mikroskop lässt sich die Folie leicht an die Energieversorgung anschliessen, für eine auf dem Auge sitzende Einheit müsste aber eine andere Lösung gefunden werden», gibt Münzenrieder zu bedenken.

Das Labor von Professor Tröster hat in der Vergangenheit schon mehrere Male mit ausgefallenen Ideen für tragbare Elektronik von sich reden gemacht. So haben die Forschenden Textilien mit eingewobenen Elektronikbauteilen entwickelt oder die Körperfunktionen des Schweizer Skisprungstars Simon Ammann mit Sensoren während seinen Sprüngen überwacht.

Peter Rüegg | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch
http://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2014/01/ein-hauch-von-elektronik.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wärme in Strom: Thermoelektrische Generatoren aus Nanoschichten
16.03.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Flüssiger Treibstoff für künftige Computer
15.03.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise