Flexible Elektrofolie aus Linz und Japan

Sie lässt sich biegen, dehnen und sogar zusammenknüllen wie Papier, dabei ist sie auch noch 27 Mal leichter als Büropapier - Linzer und japanische Forscher haben es geschafft, elektronische Schaltkreise, die auch nicht brechen können,  auf eine extrem dünne Folie aufzubringen. Die neue Elektrofolie wurde nun im Fachjournal "Nature" präsentiert. Mögliche Anwendungsbereiche sehen die Wissenschafter in der Medizin oder im Sport.

Schadlos zerknüllen
Eine der größten technischen Herausforderungen in der Entwicklung stellte schon das "unglaublich dünne Ausgangsmaterial, das man beherrschen muss" dar, wie der an dem Projekt beteiligte Siegfried Bauer vom Institut für Experimentalphysik der Johannes Kepler Universität (JKU) Linz gegenüber der APA erklärte. Die extrem dünne Folie wurde zuerst auf eine dickere Folie aufgebracht. "Auf dieser Anordnung wurde dann die gesamte Elektronik aufgebaut und am Schluss die dünne Folie abgezogen", so Bauer.

Das Ergebnis lässt sich dann tatsächlich zusammenknüllen, ohne dass die Schaltkreise Schaden nehmen. Die Forscher nutzen dabei einen Trick. "Wann immer man etwas biegt, dann wird auf der einen Seite Material gedehnt und auf der anderen Seite der Folie gestaucht. Deshalb muss es in der Mitte irgendwo eine Ebene geben, auf der gar nichts passiert - eine `neutrale Ebene`", so Bauer. Die Wissenschafter haben es geschafft, sicherzustellen, die Elektronik so in die Materialen zu integrieren, dass sie genau in dieser neutralen Ebene liegt.

Ultradünne Sensoren
In dem vom derzeit an der Universität Tokio und der JKU arbeitenden Physiker Martin Kaltenbrunner geleiteten Projekt konnten auch bereits Grundlagen für zukünftige Anwendungen geschaffen werden. So wurde etwa nachgewiesen, dass dünne Metallfilme auf der Folie als Sensoren für Wärmestrahlung fungieren können. "Wir haben auch gezeigt, dass man dort sehr dünne Heizelemente oder Temperatursensoren aufbringen kann", erklärte Bauer einen Beitrag der Linzer Forscher. Es sei aber auch möglich, Transistoren und komplexe integrierte Schaltkreise auf der Folie aufzubauen, was wiederum die japanischen Kollegen gezeigt haben.

In Tokio haben die Wissenschafter um Kaltenbrunner und Takao Someya eine Idee aus dem Bereich der Medizintechnik schon weiter vorangetrieben: Aufgrund der extremen Biegbarkeit ließe sich die Elektrofolie etwa direkt an einer Zahnprothese für querschnittgelähmte Menschen aufbringen. Durch Berührungen mit der Zungenspitze könnten dann elektrische Impulse ausgelöst werden. Die Personen könnten so Geräte steuern, die sie sonst nicht bedienen können. Aber auch im Sport sei es mit der Elektrofolie möglich, direkt am Körper Trainingsdaten über Pulsfrequenz oder Sauerstoffsättigung zu sammeln, ohne dabei den Sportler zu stören.

Noch ein weiter Weg
Aktuell befinde man sich aber noch auf der Stufe der Grundlagenforschung. Bis zu tatsächlichen Anwendungen stünde den Forschern noch viel Arbeit bevor. In Zukunft werden die Physiker laut Bauer darüber nachdenken, "wie man diese Folie mit der Außenwelt in Verbindung bringt". Der Frage, wie die Datenübertragung optimal vonstattengehen und die Sensoren noch empfindlicher werden könnten, widmen sich nun die Linzer Forscher.

Die Forschungskooperation zwischen Oberösterreich und Japan besteht schon seit mehreren Jahren. Kaltenbrunner pendelt dabei als Postdoc zwischen Linz und Japan. Das Projekt wurde einerseits durch ein japanisches Eliteforschungsprogramm und andererseits durch den mit rund 2,5 Mio. Euro dotierten "Advanced Grant" des Europäischen Forschungsrats (ERC), der Bauer 2011 zuerkannt wurde, finanziert.

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