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 Mit Strom vorankommen
21.02.2017 | FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH

nachricht Multikristalline Siliciumsolarzelle mit 21,9 % Wirkungsgrad – Weltrekord zurück am Fraunhofer ISE
20.02.2017 | Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

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: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kniffe mit Wirkung in der Biotechnik

21.02.2017 | Veranstaltungen

Wie ehrlich sind unsere Lebensmittel?

21.02.2017 | Veranstaltungen

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Deep Learning sagt Entwicklung von Blutstammzellen voraus

21.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

36 Forschungsprojekte zu Big Data

21.02.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Sternenmusik aus fernen Galaxien

21.02.2017 | Physik Astronomie