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Forschungsprojekt: gedruckte Elektronik auf Papier

Papiertechnische Stiftung und TU Chemnitz untersuchen Papier als kostengünstiges Trägermaterial
 

Gedruckte Elektronik auf Papier.

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt fanden Forscher der Papiertechnischen Stiftung (PTS) und des Instituts für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz heraus, dass sich derzeit am Markt verfügbare Bilderdruckpapiere mit hoher Oberflächengüte grundsätzlich für die Anwendung als Träger einfacher gedruckter elektronischer Bauelemente eignen.

Gedruckte Elektronik ist eine Schlüsseltechnologie, bei der anstelle von Druckfarben elektronische Funktionsmaterialien, in flüssiger oder pastöser Form, verdruckt werden. Papier bietet sich für diese Anwendungen als kostengünstiges flexibles und nachhaltiges Trägermaterial an.

Ziel des Forschungsprojektes war die Überwachung und Sicherung der Funktionalität von hochwertiger gedruckter Elektronik auf Papier nach Einwirkung unterschiedlicher Faktoren im Rahmen natürlicher, künstlicher, physikalischer und chemischer Alterungs- und Belastungsprozesse.

Hinsichtlich der Beständigkeit gegen unterschiedliche Belastungen zeigten sich die getesteten Bilderdruckpapiere als durchaus robust. Durch die Bestrahlung mit Licht wurden keinerlei nachteilige Effekte herbeigeführt. Simulationsversuche mit bis zu 100 Jahren Alterung zeigten zwar Einflüsse auf die mechanischen Parameter des Papierträgers im erwarteten Maß, jedoch nicht auf die Funktionalität der gedruckten Bauteile. Hier erwies sich die gute Haftung der Druckfarbe als Stärke der Bilderdruckpapiere. Für komplexere elektronische Schaltungen, wie sie z. B. bei der Realisierung von Solarzellen oder gedruckten Lautsprechern erforderlich sind, stießen die Bilderdruckpapiere jedoch an ihre Grenzen.

Eine weitere Optimierung der Oberflächenqualität hinsichtlich Glätte und Porosität konnte im Rahmen der Forschungen über die Beschichtung mit einem Pigmentgemisch auf Basis von Plättchen-förmigem Kaolin in Kombination mit speziellen wachsbasierten Bindemitteln erreicht werden. Dadurch wurde eine Oberflächengüte ermöglicht, die der von typischen Polymerfolien sehr nahe kam, wobei die mechanischen Vorzüge des Papiers trotzdem weiter zum Tragen kamen. Durch solche Maßnahmen lasse sich der Einsatzbereich von Papier als Träger gedruckter Elektronik weiter ausbauen.

Im Rahmen des Projekts wurden auch erste Ideen für die Definition einer Spezifikation für Papiere entwickelt, die als Träger von einfachen gedruckten elektronischen Bauteilen, speziell für die untersuchten Feuchtesensoren, geeignet sind. Dies zeigt laut Forschungsbericht einen Weg auf für genormte Prüfverfahren zur Bestimmung der Eignung von Papiersubstraten für gedruckte Elektronik. Aufgrund der bewussten Fokussierung auf einfache Systeme stellt dies laut PTS jedoch erst die Vorarbeit zu einem künftigen Normungsprozess dar.

Das Forschungsvorhaben IGF 17773 wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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