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Nachhaltige Datensammler Recycelbare Magnetfeldsensoren werden einfach gedruckt

Quelle: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rosdorf 2 min Lesedauer

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Magnetfeldsensoren stecken in Autos, Smartphones oder Sicherheitssystemen und sind oft schwer zu recyceln. Nun gibt es eine nachhaltige Alternative aus dem Drucker ...

Nachhaltige Datenerfassung! Was man hier sieht, sind Magnetfeldsensoren. Die sind aber nicht auf üblichem Weg entstanden, sondern kommen aus dem Drucker. Am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rosdorf weiß man, wie das geht. Nicht zuletzt seien sie auch noch recycelbar ...(Bild: Lin Guo)
Nachhaltige Datenerfassung! Was man hier sieht, sind Magnetfeldsensoren. Die sind aber nicht auf üblichem Weg entstanden, sondern kommen aus dem Drucker. Am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rosdorf weiß man, wie das geht. Nicht zuletzt seien sie auch noch recycelbar ...
(Bild: Lin Guo)

Magnetfeldsensoren gehören heute zu den unsichtbaren Massenprodukten der Elektronikindustrie. Sie messen Bewegungen, Positionen oder Abstände und stecken in Fensterkontakten, Lenkrädern, Festplatten, Verpackungen oder Smartphones. Milliarden dieser Bauteile werden jedes Jahr produziert. Und das oft nur mit bedenklichen oder kritischen Werkstoffen, wie Kobalt, heißt es. Doch Eisen, Zellulose und Bienenwachs nutzt nun ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rosbach (HZDR) jetzt, um zu zeigen, dass diese umweltfreundlichen Inhaltsstoffe völlig ausreichen, um neuartige Magnetfeldsensoren zu fertigen. Und statt auf klassische sowie energieaufwendige Herstellungsverfahren setzt man dabei auf biobasierte Tinten und industrielle Druckprozesse.

Der Kniff, um Eisen zum effizienten Sensor zu machen

Die Entwicklung nachhaltiger Sensoren sei technisch aber alles andere als trivial. Denn das Eisen gilt zwar als gut verfügbar und biologisch verträglich, erreicht allein aber nicht die Empfindlichkeit vieler heutiger Magnetfeldsensoren, sagen die Forscher. Doch das Forschungsteam kombinierte deshalb Eisen mit Eisenoxid und entwickelte spezielle Kern-Schale-Partikel, bei denen ein Eisenkern von einer dünnen Oxidschicht umgeben ist. Die genaue Zusammensetzung und Verarbeitung der Partikel sei dabei entscheidend gewesen, um Sensoren zu schaffen, die leistungsfähig genug seien. Die gedruckten Sensoren erreichen nach Angaben des Teams Empfindlichkeiten, die in bestimmten Einsatzbereichen mit heutigen kommerziellen Typen vergleichbar sind. Produziert werden die Sensoren genauer gesagt per Siebdruck. Das ist zwar ein Verfahren, das eher aus der Textilindustrie bekannt ist, doch es klappt auch für Sensoren. Statt Materialien an nicht benötigten Stellen abzutragen, wird die Sensorschicht dabei gezielt aufgebracht. Die Magnetfeldsensoren würden also nur dort, wo man sie brauche. Das spart laut Ansicht der Forscher nicht nur Material sondern verringert auch den Energiebedarf bei der Herstellung.

Die Lebensdauer der neuen Sensoren ist steuerbar

Auch ans Ende des Sensorlebens habe man gedacht. Denn typische Elektronik wird meist genutzt, bis sie kaputtgeht und dann entsorgt werden muss. Das Ziel der aktuellen Studie sind aber Alternativen, die sich kontrolliert abbauen oder recyceln lassen. Die Sensorschicht aus Eisen und Eisenoxid wurde deshalb in eine Matrix aus biologisch verträglichen Materialien eingebettet. Gemeint sind etwa Zellulose oder Stärke. Eine Schicht aus biokompatiblen Polymeren – oder natürlichen Materialien wie Bienenwachs – schütze die Sensoren vor Feuchtigkeit und bestimmt zugleich ihre Lebensdauer. Denn über die Verkapselung könnten die Forscher steuern, wie lange ein Sensor stabil bleibe. Die Nutzungsdauer lässt sich demnach für verschiedene Anwendungen gezielt anpassen.

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