Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Analytik> Materialprüfung>

Biomüll statt Elektroschrott: Kompostierbare Elektronik zum Ausdrucken

Seltene ErdenHydrophob erst durch Altern

Die Oxide der seltenen Erden (rot/orange) reagieren mit Kohlenwasserstoffen aus der Luft zu Carbonaten und Hydroxiden (grau/weiss). Die Oberfläche wird dadurch wasserabweisend. (Bild: Universität Basel, Departement Physik)

Oberflächen, die mit chemischen Verbindungen aus Seltenen Erden beschichtet werden, entwickeln erst durch den Kontakt mit Luft wasserabweisende Eigenschaften.

…mehr

Biomüll statt ElektroschrottKompostierbare Elektronik zum Ausdrucken

Biomüll statt Elektroschrott: Für biologisch leicht abbaubare elektronische Bauteile entwickelt die BMBF-Nachwuchsgruppe Biolicht am KIT nachhaltige Druckmaterialien und Tinten.

OLEDs

Knapp 2 Mio. Tonnen Elektroschrott fallen pro Jahr in Deutschland an. Gedruckte Elektronik befördert den Wegwerftrend, indem sie Herstellungskosten senkt und mit Einwegprodukten, wie interaktiven Verpackungen oder intelligenten Pflastern, neue Märkte erschließt.

Nachwuchsforscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickeln daher gedruckte Elektronik aus kompostierbaren Naturmaterialen sowie Verfahren für eine industrielle Produktion. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt die Nachwuchsgruppe für 4 Jahre mit insgesamt 1,7 Mio. Euro.

Halbleiter und Farbstoffe aus Pflanzenextrakten oder Isolatoren aus Gelatine – die Nachwuchswissenschaftler arbeiten mit biologisch leicht abbaubaren Materialien. „Diese sind zwar nicht so langlebig wie die anorganischen Alternativen, doch die Lebensdauer von Einwegelektronik überstehen sie schadlos“, sagt Dr. Gerado Hernandez-Sosa, Leiter der nun eingerichteten Nachwuchsforschergruppe Biolicht. Zudem könne man die Elektronik, sobald sie ausgedient hat, einfach in den Biomüll oder auf den Kompost werfen, wo sie gleich einer Bananenschale verrotte.

Anzeige
Weitere Beiträge zuOLEDs

Für gängige gedruckte Elektronik, etwa für organische Leuchtdioden (OLEDs), gilt dies bislang nicht. „Als ‚organisch‘ bezeichnen wir alle Kunststoffe auf Kohlenstoffbasis. Über die Umweltverträglichkeit sagt der Begriff allein noch nicht aus“, erklärt Dr. Hernandez-Sosa. So sei beispielsweise die Trägerfolie von OLEDs – das Papieräquivalent für elektronische Tinten – aus dem gleichen Plastik wie herkömmliche Getränkeflaschen.

Die Nachwuchsgruppe Biolicht verwendet hierfür nur Materialien, die in der Natur tatsächlich vorkommen. Als Trägerfolien eignen sich beispielsweise Speisestärke, Zellulose oder Chitin. Auf Metalle und Halbmetalle, wie Silicium, verzichten die Wissenschaftler fast vollständig. Der Vorteil von Plastik: Es ist biegsam, kostengünstig und lässt sich zu kilometerlangen Druckerfolien verarbeiten. Mit dieser Technologie wird es möglich, etwa Aufkleber mit einer elektronischen Ampel für das Haltbarkeitsdatum oder Pflaster mit eingebauten Sensoren, die den Heilungsprozess überwachen, im industriellen Maßstab herzustellen.

Zunächst gilt es allerdings auf die kompostierbaren Folien elektronische Bauteile zu drucken, ähnlich wie Buchstaben auf Papier. Ihre Funktion hängt von der verwendeten Tinte ab: Anstelle von Farbpartikeln sind darin leitende, halbleitende oder nichtleitende, also isolierende, Materialien gelöst. Nach dem Auftragen trocknet das flüssige Lösemittel und die zurückbleibende Schicht bildet das entsprechende Bauteil.

Ziel der Nachwuchsgruppe ist es, biologisch abbaubare Tinten zu entwickeln, die auf das neue Folienmaterial abgestimmt sind und gleichzeitig mit bestehenden Geräten gedruckt werden können. „Hersteller organischer Elektronik können so auf die umweltfreundlichen Materialien umsteigen, ohne ihr Druckerarsenal auszutauschen“, sagt Dr. Hernandez-Sosa.

Für die Tinten müssen die Nachwuchswissenschaftler nun umweltverträgliche Materialen mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften identifizieren. Beispielsweise eignet sich die Hartgelatine, aus der Medikamentenkapseln bestehen, zum Isolieren. Aufwendig ist auch die Wahl des Lösemittels: Eine Voraussetzung ist, dass es bei druckfähigen Temperaturen in flüssiger Form vorliegt. Weiterhin darf es im Unterschied zu gewöhnlicher Tinte nicht in das Trägermaterial eindringen, sondern sollte darauf einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm bilden, ohne abzuperlen. Ein zu dickflüssiges Lösemittel verstopft die Poren des Druckers. Ein zu dünnflüssiges verläuft auf der Trägerfolie und benetzt sie nicht gleichmäßig.

Die Eigenschaften des getrockneten Materialfilms sind aber für die Funktion der elektrischen Bauteile entscheidend: So darf seine Dicke, die weniger als einem tausendstel Millimeter beträgt, maximal um fünf Prozent schwanken. Die Wissenschaftler rechnen damit, kompostierbare organische Elektronik innerhalb der nächsten drei Jahre marktreif zu machen.

Die Nachwuchsgruppe Biolicht ist strukturell am Institut für Lichttechnik des KIT angesiedelt. Ihre Labore hat sie am InnovationLab in Heidelberg, einer anwendungsorientierten Forschungs- und Transferplattform von Wissenschaft und Wirtschaft. Träger sind neben dem Karlsruher Institut für Technologie, die Unternehmen BASF SE, Merck, Heidelberger Druckmaschinen AG und SAP AG sowie die Universität Heidelberg.

Video zur Forschung:

Anzeige

Weitere Beiträge zum Thema

Claudia M. Palumbiny

Maßgeschneiderte Organische ElektronikDesigner-Elektronik aus dem Drucker

Sie sind dünn, leicht, flexibel, lassen sich kostengünstig und ohne großen Energieaufwand herstellen: gedruckte Mikroelektronik-Bauteile aus Kunststoff.

…mehr
Glas Beschichtungsanlage

VakuumbeschichtungGlas von Rolle zu Rolle beschichten

Flexibles Glas eignet sich aufgrund seiner Eigenschaften ideal als Trägermaterial für eine Reihe zukünftiger Einsatzgebiete in der flexiblen Elektronik – so zum Beispiel für die Stromversorgung von OLEDs.

…mehr
Orange leuchtende OLED auf einer Graphen-Elektrode. Die Zwei-Euro-Münze dient als Größenvergleich. (© Foto Fraunhofer FEP)

OLED-Elektroden aus GraphenMeilenstein in der Graphen-Fertigung

Erstmals ist es gelungen, funktionstüchtige OLED-Elektroden aus Graphen herzustellen. Das Verfahren wurde von Fraunhofer-Forschern gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt.

…mehr
flexible Solarzellen

Deutsch-dänisches PhotovoltaikprojektSolarzellen zum Ausrollen

Solarzellen, dünn wie Folie und so biegsam, dass sie sich auf unterschiedlichen Oberflächen wie Haus- und Fahrzeugdächer oder Glasfronten großflächig ausrollen lassen – das ist eines der Ziele eines deutsch-dänischen Forschungsprojekts.

…mehr
Hochreines OLED Material: Bis 2018 will Merck einer der führenden Anbieter von OLED-Materialien sein und alle für OLED-Displays notwendigen chemischen Materialien aus einer Hand liefern (Bild: © Merck KGaA, Darmstadt)

OLED-MaterialienMerck investiert 30 Millionen Euro in Produktionsanlage

Der Pharma- und Chemiekonzern Merck hat in Darmstadt seine neue Produktionsanlage für OLED-Materialien eröffnet.

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung