Komplexe gedruckte Elektronik

Gedruckte thermoelektrische Generatoren

3D-Druck macht's möglich: Ein erster Demonstrator eines gedruckten thermoelektrischen Generators windet sich geschmeidig um ein Musterbauteil.
© Fraunhofer IWS Dresden

3D-Druck macht's möglich: Ein erster Demonstrator eines gedruckten thermoelektrischen Generators windet sich geschmeidig um ein Musterbauteil.

Am Fraunhofer IWS Dresden werden thermoelektrische Materialien für Druckprozesse entwickelt und hinsichtlich ihrer thermoelektrischen Eigenschaften optimiert.

Elektrisch leitfähige Polymere stellen aufgrund ihrer Eigenschaften eine interessante Materialklasse für die flexible Thermoelektrik dar. Daneben werden auch thermoelektrische Materialien für Hochtemperaturanwendungen untersucht. Das Verarbeiten dieser Materialien mit skalierbaren Druckverfahren ermöglicht eine massenfertigungstaugliche Technologie für den Bau von thermoelektrischen Generatoren.

Gedruckte piezoelektrische Sensoren

Gedruckte piezoelektrische Drucksensoren auf gekrümmter Oberfläche einer flexiblen, kommerziellen Schuhsohle
© Fraunhofer IWS Dresden

Gedruckte piezoelektrische Drucksensoren auf gekrümmter Oberfläche einer flexiblen, kommerziellen Schuhsohle

Für die Entwicklung von Drucksensoren werden piezoelektrische- als auch leitfähige Polymertinten in Druckprozessen verarbeitet und ihrer Materialeigenschaften optimiert. Durch den Einsatz von leitfähigen Polymeren und der Aerosoljet-Drucktechnologie können individualisierte Piezodrucksensoren auf flexiblen Substraten (z.B. Schuhsohlen), als auch gekrümmten 3D-Oberflächen, realisiert werden. Der physisch gleiche Aufbau kann auch für Energy Harvsting eingesetzt werden.

Gedruckte Batterieelektroden und Leiterbahnen

Interdigitale Elektrodenanordnung für gedruckte Li-Ionen Batterie. Es handelt sich um einen Stapelaufbau mit 10 gedruckten Schichten
© Fraunhofer IWS Dresden

Interdigitale Elektrodenanordnung für gedruckte Li-Ionen Batterie. Es handelt sich um einen Stapelaufbau mit 10 gedruckten Schichten

Die Kompetenz des Multimaterialdrucks am Fraunhofer IWS ermöglicht u.a. auch das Drucken von Batterieelektrode oder Leiterbahnen. Die Herstellung der entsprechenden Druckpasten ist durch das langjährige Know-how in der Rheologie, Materialentwicklung  und der gegenwärtigen Mitarbeit im EU-Projekt NanoCaTe möglich. So können unterschiedliche Materialien sehr präzises durch den Dispens- und Aerosoldruck verarbeitet werden.

Pastenentwicklung für gedruckte Elektronik

Dispenserdrucken von Strukturen aus PEDOT:PSS und Silber
© Fraunhofer IWS Dresden

Dispenserdrucken von Strukturen aus PEDOT:PSS und Silber

Für die Entwicklung einer gedruckten Elektronik, ist zunächst die Herstellung einer stabilen und rheologisch optimierten Druckpaste notwendig. Die Gruppe Drucken verfügt über weitreichende Erfahrungen in der Pastenherstellung, Partikeldispergierung und Pastencharakterisierung. Es können metallische, halbmetallische und keramischen Mikro- und Nanomaterialien in Bindersysteme eingebracht werden, die verdruckt werden können. Eine TGA-Analyse wird verwendet, um die Entfernung des Binders bzw. Dispersionsmittels zu kontrollieren.

Oftmals reicht zur Bestimmung der Druckbarkeit einer Paste, die Angabe einer Viskosität nicht aus, da für Druckprozesse Eigenschaften wie Scherverdünnung, die Höhe der Nullviskosität sowie das Thixotropieverhalten wichtig sind. Die Gruppe Drucken verfügt über Messmethoden, um diese Parameter für verschiedene Druckprozesse zu optimieren.