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VON THOMAS TRAPPE

Chemnitzer Forscher entwickeln druckbare Elektronik. Sie soll flexibel sein und biologisch abbaubar.

Kannst du knicken© [pmTUC]An der TU Chemnitz wird druckbare Elektronik aus organischen Substanzen entwickelt
Läuft das Haltbarkeitsdatum von Milch-, Brot-, Fleisch- und anderen Frischwaren ab, dann droht künftig im Supermarkt Reizüberflutung. Ein Blinken hier, ein Piepen dort, dazu noch Hintergrundmusik aus den Filiallautsprechern. Empfindliche Konsumenten könnte das neuartige Alarmverfahren nerven, das zurzeit an der TU Chemnitz entwickelt wird. Freunde deutlicher Warnungen dürfte die Technik hingegen erfreuen. Grundlage der Entwicklung sind komplette elektronische Geräte, die gedruckt werden - und zwar möglichst billig, biegsam und kompostierbar. Solche Elektronik soll zum Beispiel Verpackungen von Lebensmitteln zieren - und signalisieren, wenn sie aussortiert werden müssen. Doch das wäre nur eine Anwendung unter vielen.

Georg Schmidt von der TU Chemnitz hat inzwischen mit der Forschung an sprechenden Verpackungen begonnen. Am Institut für Print- und Medientechnik leitet er das Forschungsprojekt Flexibility: Das Vorhaben wird von der EU mit fünf Millionen Euro gefördert. Beteiligt sind auch die ETH Zürich, die TU Dresden und Industriepartner wie Siemens oder Varta. In vier Jahren, so die Zielsetzung, will man ein serientaugliches Verfahren entwickeln, das es ermöglicht, mit konventionellen Druckerpressen massenhaft Kleinst-Elektronik her zustellen. Sie soll voll funktionsfähig sein, mit integrierter Stromversorgung, nicht größer als eine Centmünze - und auch nicht viel teurer. So weit ist es noch nicht. Schmidt hält ein Stück Folie in der Hand, auf die etwas gedruckt ist. Erkennbar sind die Umrisse winziger Weinflaschen. Es sind organische und leitfähige Substanzen, die übereinandergeklebt einen Transistor ergeben.

Neu ist gedruckte Elektronik nicht. Seit zehn Jahren läuft, unter anderem auch in Chemnitz, Grundlagenforschung, um mit Druckern leitfähige Materialien auf flexiblen Untergrund zu bringen, meist Folien. So produziert die Fürther Firma Poly IC mit Großdruckern seit 2003 Elektronik, zum Beispiel für leitfähige Touchsensoren bei MP3-Playern. Allerdings sind hier die gedruckten Elemente nur Teile der Elektronik - und nicht das komplette Gerät.

Die Industrie setzt große Hoffnungen in neue Druckverfahren. Dabei dreht sich die Forschung hauptsächlich um die Stoffe, mit denen gedruckt wird, nämlich mit organischen Substanzen. Herkömmliche Transistoren basieren meist auf hartem, anorganischem Material wie Silizium und anderen, teils teuren Rohstoffen. Die Elektronikdrucker wollen hier mit ein paar Tropfen organischer Stoffe auskommen, die elektrischen Strom leiten.

Das wäre wesentlich billiger und könnte knappe Rohstoffe sparen. Schon in den achtziger Jahren forschte Kodak auf dem Gebiet. 2009 kam Samsung mit einem Amoled-Display auf den Markt, das organische Leuchtdioden (Oleds) enthält. Noch ist die Technik viel zu teuer für Kassenschlager. Doch die europäische Organic Electronics Association prognostiziert, schon 2020 könne organische Elektronik einen Umsatz von rund 40 Milliarden Euro erzielen.

Im Flexibility-Projekt geht es um ein Gesamtpaket. Nicht nur einzelne Bauteile sollen organisch gedruckt werden, sondern komplette Geräte. Dabei kommt die Elektronik nicht in einem Rutsch aus dem Drucker. Zunächst sollen nur Einzelteile gedruckt und diese anschließend zusammengebaut werden. Darunter wären Sensoren, Lautsprecher, Displays und sogar die Energieversorgung, zum Beispiel in Form von Solarzellen. Darin läge der größte Vorteil gegenüber den bereits existierenden Systemen: Die gedruckten Schaltungen funktionieren ohne externe Stromversorgung.

Kannst du knicken © TU Chemnitz/Schmidt Ein soeben gedruckter Lautsprecher
Das klingt nach viel Feinarbeit, und das ist es auch. Schmidt lädt zu einem Rundgang durch das Institut, dorthin, wo eines Tages serienreife gedruckte Elektronik entstehen soll. In einer riesigen Halle mit gewölbtem Glasdach steht ein technisches Monstrum. Schätzungsweise 15 Meter lang und 4 Meter hoch ist die Druckmaschine des Instituts. Durch sie können rund 10.000 Papierbögen pro Stunde gejagt werden. Statt Zeitungen sollen hier bald Schaltkreise entstehen. Noch aber ist die Massenproduktion nicht möglich. Zunächst muss »Babyman« zeigen, dass das Verfahren grundsätzlich funktioniert. Babyman ist eine selbst gebaute Druckmaschine. Sie wurde von Schmidt und seinem Team in einer Nebenhalle aufgestellt und immer wieder umgebaut. Statt mit Farben wie Magenta, Cyan, Schwarz und Gelb befüllten die Forscher die Druckpatronen mit flüssigen organischen Leitern und Halbleitern.

Eins zu eins lässt sich das Druckverfahren nicht übertragen. Es muss sehr viel genauer arbeiten. Wäre es bei einer Zeitung nur lästig, wenn ein Buchstabe verschmiert, würde solch eine Ungenauigkeit im gedruckten Schaltkreis einen Kurzschluss auslösen. Noch wird Babyman mit Spezialfolie gefüttert. Das Ziel ist, irgendwann die Elektronik auf Papier zu drucken. Displays auf Lebensmittelverpackungen wären dann für wenige Cent zu haben. Auch akustische Systeme sollen in Chemnitz bald entstehen. Eine ziemlich provisorische Apparatur hat es bereits vermocht, einen Popsong mittels einer organischen Substanz in einem paar Ohrstöpseln zum Klingen zu bringen. »Man konnte durchaus erkennen, welches Lied es ist«, versichert Schmidt. Um einen Sound zu erzeugen, werden Membranen übereinandergedruckt. Dazwischen entsteht ein Resonanzraum, der nach einem elektrischen Impuls Geräusche von sich gibt.

Auf diese Weise könnten komplette Alarmsysteme gebaut werden, die dank einer bewegungsempfindlichen Substanz Laut geben, falls etwas wackelt, das nicht wackeln sollte. Denkbar seien Lautsprechersysteme für zwei Euro - und zwar pro Quadratmeter. Doch das alles sind noch Gedankenspiele. »Prinzipiell ist jede Elektronik gedruckt denkbar«, sagt Schmidt - und schaut auf das Aufnahmegerät, das vor ihm liegt. »Ja, auch das.« Das sei alles nur eine Frage der Zeit.

Und was ist, wenn druckbare Elektronikstreifen auf jeder Milchtüte pappen, entstehen dann nicht neue Berge von Elektroschrott? Solche Bedenken hält Schmidt für unbegründet. Schließlich seien organische Stoffe biologisch abbaubar. Alles Piepen und Blinken versiege spätestens im Kompost.


Aus DIE ZEIT :: 18.10.2012

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