Flexible Elektronik

Der Bereich der flexiblen Elektronik ist im Zuge des technologischen Fortschritts weiterhin auf dem Vormarsch. Bei der Herstellung von Elektroden für flexible elektronische Anwendungen werden immer mehr neue Materialien eingesetzt. 

Die Abscheidung leitfähiger Nanomaterialien dient als Mittel zur Verbesserung sowohl der elektrischen als auch der strukturellen Eigenschaften von flexiblen Materialien. Der Erfolg der Entwicklung flexibler Elektronik hängt in erster Linie von der Elektrodenherstellung ab, die einige Herausforderungen mit sich bringen kann. Es werden verschiedene Arten von flexiblen Trägermaterialien, die zur Herstellung von Elektroden verwendet werden, sowie Arten von Elektroden, die in der flexiblen Elektronikindustrie hergestellt werden, besprochen.    

Substrate Materialien 

Thermoplastische Polymere sind ein flexibles Trägermaterial. Bei dieser Art von Material sind häufig niedrigere Verarbeitungstemperaturen erforderlich. Bei anorganischen Trägermaterialien wie z. B. Silizium werden dagegen hohe Temperaturen verwendet. Das Aufbringen von leitfähigen Nanomaterialien auf thermoplastische Polymere und andere flexible Materialien hat nachweislich positive Auswirkungen auf die Herstellung flexibler Elektronik. Leitfähige Polymere werden anstelle von natürlichen und synthetischen Fasern verwendet und dienen als primäre Energiequelle in der Wearable Technology. Die Herstellung leitfähiger Fasern kann durch leitfähige Nanomaterialien wie Kohlenstoff und Graphen erfolgen. Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs) werden durch Nass- und Trockenspinnen hergestellt. Durch ihre netzartige Struktur entsteht ein hoch zugfester, hoch leitfähiger und temperaturbeständiger Werkstoff.  

Zu den neu aufkommenden flexiblen Substratmaterialien für die Elektrodenherstellung gehören Polyimid (PI), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyethylennaphthalat (PEN). PI ist ein Hochtemperaturpolymer, das besonders für Anwendungen geeignet ist, die eine hohe thermische Stabilität erfordern. Es ist auch ein sehr chemisch beständiges Material. PET ist auch ein wertvolles Trägermaterial in der flexiblen Elektronik. PET hat einen hohen Schmelzpunkt, ist feuchtigkeitsbeständig und besitzt ideale optische Eigenschaften. Dieses Material hat sich bei der Herstellung von Elektroden durch Transferdruck, Tropfengießen und Siebdruck sehr bewährt. PEN ist ein temperaturbeständiges thermoplastisches Polymer, das einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine minimale Wasseraufnahme und eine sehr gute chemische Beständigkeit aufweist. Zugspannungen können jedoch in einigen Fällen zu einer Verschlechterung der Leitfähigkeit führen. Oxidbeschichtungen können dazu beitragen, die Verarbeitungsmöglichkeiten zu verbessern und eine Verschlechterung der Leitfähigkeit von PEN und anderen flexiblen Substratmaterialien zu verhindern.  

Arten von Elektroden 

Zu den Elektroden aus flexiblen Materialien gehören interdigitale Elektroden (IDEs), ionenselektive und chemisch-selektive Elektroden sowie siebgedruckte Elektroden. IDEs können als Impedanzsensoren, pH-Sensoren und Immunosensoren verwendet werden. Diese Art von Elektroden wird in Biosensoren verwendet, die entweder faradaisch oder nicht-faradaisch sind. Bei faradaischen Biosensoren erfolgt der Ladungstransfer durch elektronische Übertragung, während bei nicht-faradaischen Sensoren die Ladung gespeichert wird. In früheren Forschungsstudien wurden IDEs mit PEN und PET als flexiblem Trägermaterial hergestellt [1]. Die Herstellung ionenselektiver Elektroden kann durch Kohlenstoff-Nanoröhrchen verbessert werden. CNTs werden üblicherweise verwendet, um eine Transduktionsschicht auf ionenselektiven Elektroden zu erzeugen, die den Elektronentransfer fördert. Neben der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) und der zyklischen Voltammetrie (CV) können ionenselektive Elektroden optimiert werden. Siebgedruckte Elektroden (SPEs) werden zur Herstellung von Sensoren auf elektrochemischer Basis verwendet. Beim Siebdruckverfahren wird eine Tinte über ein Sieb auf ein Trägermaterial aufgebracht. Diese Herstellungsmethode ermöglicht den Einsatz flexibler Trägermaterialien wie PET, was zu verbesserten elektrochemischen Eigenschaften führen kann.  

Platypus Technologies bietet derzeit Elektrodendesigns an, die in flexiblen elektronischen Anwendungen eingesetzt werden könnten. Unsere Ingenieure arbeiten auch an der Entwicklung neuer Elektroden auf flexiblen Substraten. Kontakt und erkundigen Sie sich noch heute nach unseren neu entwickelten Elektroden!