Printbare elektronica maakt productie van infraroodsensoren goedkoper

Een infraroodsensor uit printbare elektronica kan aanzienlijk goedkoper worden geproduceerd dan huidige traditionele sensoren. De sensor is gemaakt uit organische elektronica, dat bestaat uit polymeren die infraroodlicht opvangen dat voor het menselijk oog onzichtbaar is. De sensor is ontwikkeld door onderzoekers van UHasselt, Swansea University en de Universiteit van Dresden.

Sensoren spelen een belangrijke rol in de industrie, onder meer bij kwaliteitscontrole. Zo zijn sensoren in staat meer licht te registreren dan het menselijke oog. Dit maakt het onder meer mogelijk eventuele afwijkingen sneller op te sporen. Denk hierbij aan een verschil in samenstelling van medicatie of een rotte plek op fruit, maar ook aan afwijkingen die kunnen ontstaan tijdens 3D-printen.

Goedkoper

Traditionele sensoren zijn echter relatief duur. Dit komt onder meer doordat zij gebruik maken van dure halfgeleiders, die niet op massale schaal kunnen worden geproduceerd. Dat kan wel met de organische sensoren die de onderzoekers hebben ontwikkeld. “Onze sensoren bestaan uit organische elektronica, dat zijn printbare of verfbare polymeren waardoor ons basismateriaal stukken goedkoper is dan de huidige traditionele sensoren die nu gebruikt worden in de industrie”, zeggen prof. dr. ir. Koen Vandewal en prof. dr. Wouter Maes van IMO-IMOMEC, het geïntegreerd onderzoeksinstituut van de Universiteit Hasselt en imec.

Sam Gielen, doctoraatsstudent aan UHasselt, voegt toe: “Met dit onderzoek tonen we nu aan dat we goedkope polymeren ook kunnen gebruiken voor dit soort sensoren, waardoor de ontwikkeling en het gebruik stukken goedkoper kan.”

Gevoeligheid

Ondanks dat de nieuwe sensor is ontwikkeld uit organisch materiaal, haalt deze op bepaalde gebieden al dezelfde gevoeligheid als traditionele sensoren. “En we weten dankzij onze nieuwe onderzoeksresultaten hoe we de punten waar we nu met onze sensor nog tekortschieten snel kunnen verbeteren. Die stappen gaan we in ons vervolgonderzoek zetten.”

De onderzoekers wijzen op het interessante raakvlak tussen chemie en fysica. “Onze chemici ontwikkelen de moleculen die de fysici dan gebruiken om de sensor te maken. Dit zorgt voor een razend interessant onderzoeksveld waar heel wat nieuwe technologieën kunnen ontstaan. Die mooie samenwerking zal ook de kracht worden van onze nieuwe masteropleiding materiomics aan UHasselt die over enkele jaren van start gaat.”

Ook andere partijen actief

UHasselt, Swansea University en de Universiteit van Dresden zijn overigens niet de enige partijen die aan printbare en organische sensoren werken. InnovationLab, gespecialiseerd in geprinte en organische elektronica, en fabrikant van drukpersen Heidelberger Druckmaschinen kondigden in augustus aan samen goedkope 3D-geprinte organische sensoren in massaproductie te nemen.

InnovationLab en Heidelberger Druckmaschinen zien verschillende voordelen van geprinte en organische elektronica:

• Meer flexibiliteit in materiaalgebruik: onder meer organische halfgeleiders en nanomaterialen, (transparante) geleidende inkt en kracht- en temperatuursbestendig materiaal geven klanten meer keuzevrijheid in materiaal. Denk hierbij aan rigide substraten zoals glas, ITO-glas en silicone of flexibele substraten zoals PET, PEN, TPU en flexibel glas.
• Het printen van sensoren is een proces dat uit slechts twee stappen bestaat. Bij de productie van traditionele sensoren bestaat dit proces uit negen stappen. Het minder omvangrijke productieproces zorgt voor een tijds- en materiaalbesparing, wat zich vertaalt naar lagere productiekosten.
• Sensoren kunnen worden geprint op flexibele en zelfs biologisch afbreekbare materialen zoals textiel. Dit maakt nieuwe toepassingen mogelijk. Denk hierbij aan een folie met geïntegreerde geprinte sensoren. Deze kan om een autoaccu worden gewikkeld om de status van de accu in real-time te monitoren. Of op een wond worden geplaatst om de vochtigheid van de wond te meten.

Meer informatie over de ontwikkeling van de UHasselt, Swansea University en de Universiteit van Dresden is hier te vinden. Lees hier meer over de geprinte en organische elektronica van InnovationLab en Heidelberger Druckmaschinen.

Auteur: Wouter Hoeffnagel