Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBPGedruckte flexible Elektronik für massentaugliche Anwendungen im Internet of Things
Alltagsgegenstände sollen intelligent werden und miteinander kommunizieren – man spricht dabei vom »Internet of Things«. Damit das funktioniert, muss Elektronik sowohl in Alltagsgegenstände als auch in unser Lebens- und Arbeitsumfeld integriert werden.
Im Projekt »NECOMADA – Nano-Enabled Conducting Materials Accelerating Device Applicability«, das von der Europäischen Kommission gefördert wird, befassen sich insgesamt 13 europäische Forschungs- und Industriepartner unter der Leitung des Centre for Process Innovation (CPI) in Sedgefield (UK) mit den werkstofflichen Herausforderungen, die mit dem Internet of Things (IoT) verbunden sind. Das Ziel: Die Forscher wollen die Gerätekosten im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik deutlich senken – genauer gesagt um mehr als eine Größenordnung. Darüber hinaus arbeiten sie an gedruckter flexibler Elektronik, die man unter anderem für die Kommunikationsgeräte braucht, damit die Gegenstände miteinander kommunizieren können, etwa Near Field Communications (NFC) und Radio-Frequency Identification (RFID). Dazu entwickeln und integrieren die Wissenschaftler fortschrittliche Funktionsmaterialien, die für maßgeschneiderte leitfähige Tinten und flexible Klebstoffe benötigt werden und die mit großvolumigen Produktionsplattformen kompatibel sind.
Die Forscher kombinieren formulierte strukturierte Nanomaterialien – in Form von leitfähigen Tinten sowie Klebstoffen – mit R2R-Druck, Beschichtung und Bauteilbestückung. Eine Pilotanlage soll demonstrieren, dass die so produzierte flexible Elektronik robust ist und sich kostengünstig und großvolumig herstellen lässt. Die Pilotlinie integriert die Materialien, den Druck, die Bestückungsmöglichkeiten und andere Konvertierungsprozesse, die für die Bereitstellung kostengünstiger elektronischer Geräte, für die Kommunikation von Maschine zu Maschine (M2M) und das Internet of Things unerlässlich sind.
NECOMADA stellt eine vorgefertigte Lieferkette dar, um die IoT-Geräte kommerziell nutzen zu können. Zu den Anwendungen gehören RFID und NFC, die sowohl in die Produkte als auch in die Verpackungen eingebettet sind. Potenzielle Endverbraucher kommen aus dem Bekleidungs-, Verpackungs- und Gesundheitssektor.
Um die Markteinführung zu erleichtern, wird das Konsortium die Werkstoffentwicklung und die Stückkosten der Produktion integrieren. Dabei haben die Forscher die Anforderungen der Endanwender jederzeit im Blick, vor allem was die technische Leistungsfähigkeit, die thermische und elektrische Leitfähigkeit, die Verarbeitungsbedingungen, die Materialintegrität und auch die Haftung angeht.
Das Forscherteam der Abteilung Ganzheitliche Bilanzierung fokussiert sich vor allem darauf, dass das Produkt mit Blick auf den gesamten Lebenszyklus umweltgerecht entwickelt wird. Denn für elektronische Produkte benötigt man vielfach seltene oder kritische Rohstoffe. Die Wissenschaftler unterstützen die Technologie- und Prozessentwickler daher frühzeitig dabei, potenzielle Risiken für die Umwelt von vornherein zu vermeiden, Veränderungen in der Umweltrelevanz der Prozesskette(n) während der gesamten Reifezeit der Technologie zu beobachten und fundierte Entscheidungen über umweltbedingte Kompromisse zu fördern.