Elektronik auf Papier gedruckt

Papier hat echtes High-Tech-Potenzial: Der Werkstoff eignet sich als Träger für gedruckte Elektronik, aber auch so etwas scheinbar Einfaches wie Bleistiftstriche auf einem Blatt Papier können technologische Wunder vollbringen.

Elektronische Schaltungen lassen sich schon seit geraumer Zeit ausdrucken. Dass man aber als Träger für diese Schaltkreise auch den relativ preiswerten Werkstoff Papier nehmen kann, ist noch nicht so lange bekannt. Dazu bedurfte es einiger Entwicklungsarbeit bei den Tinten, mit denen die Leiterbahnen gedruckt werden. Die Tinte muss nämlich aus leitfähigem Material sein und Verformungen des Druckträgers Papier aushalten.

Wesentliche Einsatzgebiete für gedruckte Elektronik auf Papier finden sich in der Warenlogistik. Sowohl Industriegüter als auch Konsumartikel werden bereits seit langem mit Etiketten versehen, in die eine elektronische Antenne eingebaut ist, die in einem elektromagnetischen Feld Signale aussendet. Diese beinhalten Informationen über das jeweilige Produkt und über das Woher und Wohin der Lieferung. Nachdem dafür jahrzehntelang Metallspulen in Kunststoffetiketten eingebaut werden mussten, haben ihnen mittlerweile Papieretiketten mit einer gedruckten Antenne den Rang abgelaufen.

Anwendung findet die gedruckte Elektronik auch bei Eintrittskarten. Diese können gegen Fälschungen gesichert und sogar auf Messen als elektronische Visitenkarte genutzt werden. Der japanische Papierhersteller Mitsubishi Paper Mills hat mit "Silver Nano" ein System aus leitfähiger Tinte auf Silberbasis entwickelt. Eine der vielen Anwendungen sind spezielle Sensoren für die Landwirtschaft, entwickelt von Kawahara Laboratory der Universität Tokio. Diese Sensoren aus Papier ermöglichen es, Feuchte und Düngezustand tausender verschiedener Pflanzen zu messen - und das kostengünstig, ohne aufwändige Geräte. Nahezu alle für solche elektronischen Anwendungen notwendigen Bauelemente können mittlerweile als Druck hergestellt werden.

Papier kann aber nicht nur Träger gedruckter Elektronik sein, sondern selbst zum Sensor werden: An der Naturwissenschaftlich-Technischen Universität in Peking haben Forscher mit einem schlichten, auf Schreibpapier gezeichneten, ausgefüllten Bleistift-Rechteck einen Sensor entwickelt, mit dem sich messen lässt, wie stark das Papier durchgebogen oder gedehnt wird. Das Prinzip hinter dem Sensor: Wird der Graphitstrich - durch den man einen schwachen Strom fließen lässt - mitsamt dem Papier verbogen, verändert er seinen elektrischen Widerstand. Dieser lässt sich messen.

Der Ansatz "Pen on Paper" könnte in Zukunft nicht nur dabei helfen, "intelligente" Textilien mit einem elektronischen Zusatznutzen zu versehen. Einsatzgebiete sehen die Forscher auch in der Robotik. Sie haben mit Bleistiftstrichen versehene Papierschnipsel auf einem Handschuh befestigt und damit die Fingerbewegung gemessen. Mit den gewonnenen Daten könnten zukünftig zum Beispiel künstliche Gliedmaßen gesteuert werden.

An der University of Washington haben Forscher schlichtes Toilettenpapier in eine Art tragbaren Sensor verwandelt. Der Papiersensor kann einen Puls, einen Wimpernschlag und andere menschliche Bewegungen erkennen. Er ist leicht, flexibel und preiswert und bietet Anwendungsmöglichkeiten in der Gesundheitspflege, Unterhaltung und Robotik.

Um es als Sensor zu benutzen, haben die Forscher das Papier mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschichtet. Das sind winzige Teilchen, die unter bestimmten Bedingungen elektrisch leitfähig werden. Wenn dann ein Herzschlag, eine Finger- oder Augapfelbewegung den kleinen Papiersensor zerreißt, wird von den Nanoröhrchen ein elektrischer Impuls abgegeben. Jedes Stück Papier hat sowohl horizontale als auch vertikale Fasern, so dass, wenn das Papier gerissen wird, die Richtung des Risses unterschiedliche Impulse auslöst. Papier bietet also auch hier in Chancen, die bei weitem noch nicht ausgelotet sind.

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Mit freundlicher Unterstützung von Steinerfilm GmbH & CO. KG.