Basic HTML-Version
BUW.
OUT
PUT Nr.
8
FOrschungsmagazin der Bergischen UniversitätWuppertal
/
Wintersemester 2012/2013
19
W
enn es um Technik und Maschinen geht,
hat der Mensch im Lauf der Geschichte
auf immer härtere Materialien gesetzt, von Bronze
über Eisen bis zum modernen Stahl. Allerdings ist der
härteste Gegenstand nicht unbedingt auch der wider-
standsfähigste. Man kann das leicht prüfen, indem
man z. B. eine Blechdose und einen Gummiball von
einem Hochhaus fallen lässt. Der Gummiball kann
dem Aufprall nachgeben und ihn letztlich unbescha-
det überstehen. Will man in diesem Sinn ein sicheres
Fahrzeug bauen, wird man entsprechend nicht versu-
chen, die Insassen in einen möglichst stabilen Käfig zu
sperren. Im Gegenteil, Knautschzone und Airbag ge-
ben nach und schaffen gewissermaßen einen Ausgleich
zwischen dem harten Fahrzeug und dem viel weiche-
ren Menschen am Steuer.
Eine ähnliche Funktion haben Polstermöbel. Die
Polster schaffen einen Ausgleich zwischen dem harten
Möbel und dem vergleichsweise weichen Menschen.
Auch Kleidung ist vor allem wegen ihrer Verform-
barkeit angenehm zu tragen. In anderen Fällen ist die
Verformbarkeit vor allem während der Herstellung
und des Transportes von Vorteil. So wäre das Verlegen
eines großen, zusammenhängenden Teppichs schwer
durchführbar, könnte man ihn nicht aufrollen.
Die geringe Zerbrechlichkeit, die hohe Kompati-
bilität mit biologischem Gewebe, die Verformbarkeit
– viele Eigenschaften weicher Materialien sind auch
für elektronische Anwendungen interessant, wie zum
Beispiel Solarzellen „von der Rolle“ oder intelligente
Textilien. Allerdings basiert die klassische Elektronik
auf harten, spröden Materialien. Die Unterlage eines
Chips, die auch als Substrat bezeichnet wird, ist ein
{ The new world of soft electronics – Stretchable electronic devices }
»
2
ngoing miniaturization has boosted the perfor-
mance of microelectronic components over the
last few decades in line with Moore’s law. At the same
time we are experiencing at the macroelectronic level – for
example in displays and solar cells – a trend to ever larg-
er devices. As a result of these developments the surfaces
of many everyday objects are beginning to offer scope, in
principle, for electronic functionality. Up to now, however,
macroelectronics has generally been based on rigid glass
O
kristalliner „Wafer“, beispielsweise aus Silizium oder
Galliumarsenid. Da die elektronischen Prozesse in-
nerhalb des kristallinen Substrates stattfinden müssen,
kann die Mikroelektronik nicht ohne Wafer funkti-
onieren, „weiche Mikrochips“ sind nicht realisierbar.
Dass man in Zukunft dennoch mit immer weicherer
Elektronik rechnen darf, ist vor allem auf die Fort-
schritte der Dünnschichttechnologie und die Entwick-
lung organischer Halbleiter zurückzuführen.
Anders als in der Mikroelektronik können Dünn-
schichtbauelemente prinzipiell auf beliebigen Sub-
straten hergestellt werden. So wurden hochauflösende
LED/LCD-Displays erst möglich durch die Fähigkeit,
Dünnschichttransistoren (thin film transistors, TFTs)
auf großflächigen Glassubstraten herzustellen. Der Be-
griff TFT wird inzwischen häufig sogar als Synonym
für Flüssigkristalldisplays verwendet. Mit den Fort-
schritten dieser neuen Makroelektronik, allen voran
der Displays, wurden auch biegbare Bauelemente auf
flexiblen Folien realisierbar. Heute sind flexible Dünn-
schichtsolarzellen, die wie Teppich ausgerollt werden
können, schon im Handel erhältlich. Flexible Smart-
phones wurden bereits von Samsung angekündigt.
Man kann sich aber leicht vorstellen, dass flexible
Elektronik nicht auf beliebig kleine Krümmungsra-
dien gebogen werden darf. Krümmt man eine Folie
der Dicke
d
auf den Radius
R
, so entsteht an der Au-
ßenseite, wo sich die Dünnschichtanordnung befindet,
eine Ausdehnung von etwa
ε=d/2R
. Bedenkt man, dass
Dünnschichten aus starren Materialien bei Ausdeh-
nungen von etwa 1% reißen, so ergibt sich für typi-
sche flexible Substrate einer Dicke von 50 Mikrome-
tern ein möglicher Biegeradius von immerhin nur
substrates, and many of the objects surrounding us are
bent in complex ways, or may even be flexible. Against this
background, soft, stretchable electronics opens the way to
equipping modern architecture, automobiles, furniture
and clothing with large surface area devices such as LEDs,
displays, solar cells and sensors.