Ein auf Papier gedruckter Schockerkennungssensor zeigt beim Auslesen der Daten an, ob das Paket bei der Beförderung heruntergefallen ist. (Bild: Supersmart)
Die Organic and Printed Electronics Association (OE-A) hat das kürzlich abgeschlossene Forschungsprojekt Supersmart als ‚Bester öffentlich geförderter Demonstrator‘ ausgezeichnet. Das European Institute of Innovation and Technology for Raw Materials (EIT Raw Materials) in Berlin hatte das dreijährige Projekt unter Leitung des französischen Spezialchemie-Herstellers Arkema und 11 weiteren Partnern aus Industrie und Forschungsorganisationen gefördert. Unter den Projektpartnern befanden sich auch drei aus Deutschland: Coatema Coating Machinery, das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung und das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung.
In dem Projekt Supersmart haben die Partner beispielhaft für zwei Anwendungen – einen Schockerkennungssensor und ein smartes fälschungssicheres Etikett – Materialien und Herstellungsverfahren aufeinander abgestimmt, um die elektronische Schaltungen und Displays direkt auf Papier drucken zu können. Ausgelesen werden Etikett und Sensor jeweils über eine Handy-App.
(Quelle: Supersmart)
Bislang waren die speziellen Chemikalien für auf Papier gedruckte Schaltungen zu kostenintensiv, um damit wettbewerbsfähige Smart Labels und Sensoren zuverlässig herstellen zu können. Es gab nämlich nur kleine Prototyp-Synthesen für diese Stoffe; zudem erfüllten sie häufig nicht die Ansprüche an eine gleichbleibend hohe Qualität. Das Projekt legte deshalb besonderen Wert auf die industrielle Hochskalierung dieser Chemikalien und die Entwicklung von präzisen Prozessprotokollen für die Qualitätssicherung. Neben dem Spezialpapier selbst waren dies vor allem Piezopolymere, ferroelektrische Nanopartikel, elektrochrome Materialien, Metall-Oxid-Halbleiter für die Drucktinten und Barrierebeschichtungen für das Papier.
Um zu demonstrieren, dass die hochskalierten Materialien die gleichen Eigenschaften haben wie die bisher in kleinen Mengen hergestellten Chemikalien, wurden die Etiketten auf Hochdurchsatz-Prozessanlagen verarbeitet, sowohl im Rolle-zu-Rolle- als auch im Blatt-zu-Blatt-Verfahren. Sogar die notwendige Polarisierung der piezoelektrischen Materialien wurden auf einer automatisierten Polungsanlage hochskaliert, so dass Piezosensoren auch in großen Mengen zeiteffizient konfektioniert werden können. Pick-and-Place-Roboter integrierten auf den Papiersubstraten zusätzliche mikroelektronische Bauteile wie Batterien oder spezielle Chips für die Kommunikation.
(Quelle: Supersmart)
Life Cycle Assessment zeigt Vorteile für Klima und Umwelt
Ein projektbegleitendes Life Cycle Assessment (LCA) zeigte wie ressourcenschonend die gedruckte Elektronik auf Papier ist und wo Verbesserungspotenziale stecken. Papier als Substrat für die Elektronik vereinfacht das spätere Recycling und vermindert das Abfallaufkommen sowohl in der Herstellung als auch am Ende der Lebensdauer des Produkts. Die Druckprozesse verbrauchen weniger Energie und Ressourcen als konventionelle Halbleiter-basierte Herstellungsprozesse; zudem ist das Design im Hinblick auf das spätere Recycling einfacher. Ein direkter Vergleich zwischen Papier- und PET-Kunststoffsubstraten für die Herstellung elektronischer Komponenten ergab deutliche Vorteile von Papier im Vergleich zu PET. In fast allen der im LCA untersuchten 18 Kategorien – zum Beispiel Erderwärmung, Wasserverbrauch oder Nitratbelastung, Ozonabbau in der Stratosphäre oder Ökotoxizität – würde die Verwendung eines Papiersubstrats nur 10 bis 20 % der Auswirkungen von PET verursachen.
