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Dehnbare Chips, LEDs und Sensoren dank Nanotechnologie

Forscher der Technischen Universität Ilmenau bringen Elektronik dank Nanotechnologie in völlig neue Formen. Sie machen Hightech dehnbar und eröffnen damit  bisher nicht realisierbare Anwendungsgebiete.

Den Wissenschaftlern ist es gelungen, mittels Nanotechnologie einzigartige Fortschritte für dehnbare Aufbau- und Verbindungstechnik mikroelektronischer Komponenten zu erzielen. Die am Fachgebiet Nanotechnologie unter der Leitung von Professor Heiko Jacobs entstandenen Forschungsergebnisse wurden soeben in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

In ihrem Artikel „Integrated multilayer stretchable printed circuit boards paving the way for deformable active matrix”, der in der neuesten Ausgabe der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Communications erschien, beschreiben die Forscher der TU Ilmenau eine Leiterplatte, die sich, ähnlich wie Gummi, in jede beliebige Richtung verformen lässt. Der Clou: Die Leiterplatte ist nicht nur auf eine Metallisierungsebene beschränkt, sondern besteht aus mehreren Schichten.

Mehrlagige elastische Leiterplatten

Damit ist es dem Team um Prof. Heiko O. Jacobs, Leiter des Fachgebiets Nanotechnologie, weltweit erstmals gelungen, eine mehrlagige dehnbare elektronische Leiterplatte herzustellen. Mit einer verteilten Transistormatrix bestückt, erlaubt diese die elektrische Ansteuerung einzelner Punkte auf der Oberfläche der Matrix, was die Herstellung unterschiedlichster dreidimensionaler Formen ermöglicht. Die veröffentlichten Ergebnisse entstanden im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts „Dehnbare Aufbau- und Verbindungstechnik: Herstellung, Bestückung, fundamentale Untersuchungen und Anwendungen“. Bereits seit sechs Jahren forschen die Wissenschaftler der TU Ilmenau an dehnbarer Elektronik, in Fachkreisen aufgrund ihrer Elastizität „metamorphe Elektronik“ genannt. Sie vereint weitaus komplexere Eigenschaften und Qualitäten als herkömmliche, starre elektronische Systeme, und ebnet damit den Weg zu neuen Anwendungen. In mehreren DFG-Projekten erarbeiteten die Forscher des Fachgebietes Nanotechnologie Methoden, die neben der Herstellung von Baugruppensegmenten wie Transistoren, LEDs oder Sensoren auch ein Vereinzeln, Platzieren oder mechanisches und elektrisches Verbinden von mikroskopisch kleinsten Funktionseinheiten ermöglichen.

"Metamorphe Elektronik" ermöglicht neue Produkte

Im Zusammenspiel mit metamorpher Elektronik sieht Prof. Jacobs eine Schlüsseltechnologie der Zukunft: „Verknüpft man diese Technologie mit elastomerischen, also zwar formfesten, aber elastisch verformbaren Trägermaterialien, entsteht eine einzigartige dehnbare Aufbau- und Verbindungstechnik.“

Der Begriff „metamorphic electronics“ wurde inzwischen vom Team um Prof. Jacobs mit Anwendungen wie beispielsweise  einer Mikrofonmatrix, die sich in eine Kugelform bringen lässt, einem sphärischen Touchpad und dehn- und aufblasbaren Leuchtstrukturen geprägt. Die Veröffentlichung in dem renommierten Fachjournal Nature Communications hat auch damit zu tun, dass die erzielten Erkenntnisse schon bald in neuen elektronischen Systemen Anwendung finden könnten.

Denn so wie heute elektronische Bauelemente aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken und praktisch in allen Bereichen zu finden sind, gilt das künftig noch weit mehr für metamorphe Elektronik. Professor Jacobs: „Im Wesentlichen lassen sich alle elektronischen Produkte, die wir kennen, in dehnbare, anpassungsfähige und umformbare Geometrien überführen und damit neue Produkte entwickeln. An einer Kooperation interessierte Unternehmen können sich gern bei uns melden, um gemeinsam innovative Entwicklungen auf den Weg zu bringen.“

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:

Prof. Heiko O. Jacobs
Leiter Fachgebiet Nanotechnologie 
E-Mail: heiko.jacobs[at]tu-ilmenau.de

Originalpublikation:

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12870-7

(TU Ilmenau, mdr)