Messmethode Chinesen erfinden flexiblen Drucksensor neu

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Chinesische Forscher haben einen flexiblen Druckmesser entwickelt, der weniger als ein Mikrometer dünn ist. Das ultradünne und extrem leichte Gerät könnte eine ganze Reihe von Anwendungen dieser Sensoren in „wearable devices“, in der Biomedizin oder in der intelligenten Fertigung verbessern.

Ein chinesisches Forscherteam um Liu Junshan an der „Dalian University of Technology“ hat mithilfe von Nano-Engineering einen völlig neuen Mechanismus entwickelt, wie der Druck in solchen Sensoren gemessen werden kann. Ihr Drucksensor ist nur noch etwa 0,85 Mikrometer hoch, ist damit sehr hautverträglich, flexibel und außerdem auch noch sensibler als existierende Geräte dieser Art.

Das international renommierte Wissenschafts-Magazin aus Weinheim hatte den Durchbruch der chinesischen Forscher als Thema für seine Titelgeschichte im April dieses Jahres gewählt, was wiederum zu einer ganzen Reihe von stolzen Berichten in der chinesischen Fachpresse führte.

Wie aktuelle Drucksensoren aufgebaut sind

Flexible Drucksensoren der derzeit üblichen Art bestehen für gewöhnlich aus zwei flexiblen Schichten von Elektroden und einer dritten, funktionalen und weichen Schicht in der Mitte. Bei externem Druck wird der mittlere „Layer“ komprimiert, was das Output-Signal des Sensors verändert.

Bei der Miniaturisierung solcher Mini-Messgeräte waren Entwickler allmählich an Grenzen gestoßen. Mehrere hundert Mikrometer oder sogar Millimeter mussten die Drucksensoren schon hoch sein, um die gewünschte Leistung zu erbringen.

Wie der neue Drucksensor funktioniert

Das Team in der nordostchinesischen Hafenstadt Dalian hat nun eine Messmethode entwickelt, die nicht mehr die Verdichtung der weichen Mittelschicht, sondern die Biegung der flexiblen Elektroden-Lagen nutzt. „Damit sind die Restriktionen bezüglich der Stärke des Sensors auf fundamentale Art und Weise beseitigt worden,“ schreibt das chinesische Wissenschaftsportal Kexue Wang. Der in Dalian entwickelte Drucksensor wiege nur noch 2,8 g/m². Außerdem sei das neue Gerät sehr gut deformierbar, könne deshalb etwa der Oberfläche der Haut optimal angepasst werden, schreibt das Fachportal. Die Sensibilität betrage 92,11 kPA-1 und die Nachweisgrenze 0,8 Pa – beides Top-Werte.

Wo flexible Drucksensoren eingesetzt werden

Die Entwicklung habe das Potenzial, „die Forschungsgemeinde zu einer neuen Welle von technologischen Durchbrüchen zu inspirieren,“ heißt es in der Cover-Story von „Small“. Vor allem in der Verbraucherelektronik und im Cockpit moderner Autos gibt es da viele Möglichkeiten. Und da neuerdings so ziemlich alles in einer „smarten Version“ neu erfunden wird, von der Smartwatch und der elektronischen Zahnbürste über TWS-Kopfhörer bis hin zur „smarten Matratze“ und der „smarten Schuhsohle“, ist die Begeisterung der Magazin-Redaktion verständlich.

• Flexible Drucksensoren werden auch in medizinischen Geräten immer beliebter, etwa zur kontinuierlichen Messung der Pulsfrequenz und anderer Parameter.

• Auch in Hirn-Computer-Schnittstellen, abgekürzt meist als BCI für „Brain Computer Interface“, werden sie eingesetzt.

• In der fortgeschrittenen Fertigung gibt es ebenfalls immer neue Anwendungen von flexiblen Drucksensoren, vom „Smart Packaging“ über E-Textilien bis hin zur 3D- oder In-Mold-Elektronik.

Werkstoff

Chinesische Forscher entwickeln elastisches ferroelektrisches Material

* Henrik Bork, langjähriger China-Korrespondent der Süddeutschen Zeitung und der Frankfurter Rundschau, ist Managing Director bei Asia Waypoint, einer auf China spezialisierten Beratungsagentur mit Sitz in Peking. „China Market Insider“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Vogel Communications Group, Würzburg, und der Jigong Vogel Media Advertising in Beijing.

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