the innovation company

Forschungs- bereich

PyzoFlex®

Die Forschungsgruppen des Instituts MATERIALS entwickeln vollkommen neuartige physikalischen Sensortechnologien, die den zukünftigen technischen Anforderungen wie Flexibilität, schneller Anpassungsfähigkeit, Interaktion, umfassender Verfügbarkeit, Integrierbarkeit und großflächiger, kostengünstiger Fertigung gerecht werden. PyzoFlex® ist eine in industriellem Maßstab kostengünstige druckbare Sensor-Technologie und ermöglicht die großflächige und genaue Erfassung von Temperatur- und Druckänderungen an Objekten und deren Umgebung.

Benefit

Nutzen

Die PyzoFlex® Technologie hat wegen der Multifunktionalität des verwendeten ferroelektrischen Sensormaterials ein sehr ausgedehntes und vielschichtiges Anwendungsfeld, welches von Sensoren über Energiegewinnung bis zu Bauteilpassivierung reicht. Einige der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts haben direkten Konnex zu den Möglichkeiten einer derartigen Technologie wie die Notwendigkeit der Energieeffizienz, sozial integrierende Kommunikation, Sicherheit im Alltag und die Sicherung des Lebensstandards in einer alternden Gesellschaft. Ein besonderes Anliegen mit großer sozialer Dimension ist auch die einfache und intuitive Bedienbarkeit zukünftiger Kommunikations-Schnittstellen. Wichtig deswegen, weil so auch Menschen mit besonderen Bedürfnissen bzw. ältere Menschen barrierefreien Zugang zu neuer und ihr Leben erleichternder Technologie haben können.

Unbegrenzte Möglich- keiten

Anwendungsgebiete

Das Anwendungsspektrum für derartige großflächige, kostengünstige Sensoren, die auf beliebig gekrümmten und texturierten Oberflächen integriert werden können, scheint aus heutiger Sicht fast unbegrenzt. PyzoFlex®-Sensoren könnten in allen Bereichen des täglichen Lebens und auch im industriellen Umfeld eingesetzt werden, wobei besonders die Bereiche Unterhaltungselektronik (Mensch-Maschine-Interfaces), Sicherheit (Arbeitsplatzschutz, 360°-Bewegungsmelder, Biometrie), nutzungsorientierte effiziente Haustechnik, Robotik (künstliche Haut), Life Science (großflächige, medizinische Diagnostik), industrielle Diagnostik (Thermometrie) und Automotive (Energy Harvesting, Sicherheit) als interessant einzustufen sind.

Human- machine- interface

Die PyzoFlex® Technologie eröffnet wegen der Multifunktionalität des verwendeten ferroelektrischen Sensormaterials ein sehr ausgedehntes und vielschichtiges Anwendungsfeld, das von Sensoren über Energiegewinnung bis zur Bauteilpassivierung reicht. Einige der größten Herausforderungen und Trends des 21. Jahrhunderts haben direkten Konnex zu den Möglichkeiten dieser Technologie, wie etwa die Erhöhung der Energieeffizienz, sozial integrierende Kommunikation, Sicherheit im Alltag oder die Sicherung des Lebensstandards in einer alternden Gesellschaft.

Mensch-Maschine Interaktion – Human-machine-interface

Die möglichst intuitive Gestaltung der Interaktion mit der Maschine/dem Objekt ist eine große technologische Herausforderung und hängt entscheidend von der Fähigkeit des Objekts ab, Umweltparameter großflächig zu detektieren und zwischen gewollten und ungewollten Interaktionen zu unterscheiden. Wir haben uns dieser Herausforderung gestellt und in den letzten fünf Jahren eine innovative Sensor-Technologie entwickelt, welche die vollflächige Registrierung, Erkennung und Verarbeitung von taktilen und gestischen Informationen ermöglicht und beliebig formbar, direkt am Objekt integrierbar, großflächig, beständig, energieautark und zudem kostengünstig ist.

Diese Technologie basiert auf Sensoren aus speziellen Polymeren, welche in einem kostengünstigen Siebdruckverfahren großflächig auf Folien aufgebracht werden und lokale Druck- und Temperaturänderungen hochpräzise erfassen können. Wir nennen diese Technologie PyzoFlex®, da sowohl der pyroelektrische Effekt (z.B. für die Realisierung temperatursensitiver Schutzwände oder Roboterhände) als auch der piezoelektrische Effekt (z.B. für 3D-Touchinterfaces) genutzt wird. Die mechanischen Stimuli bei Berührung, Druck oder Begehung können darüber hinaus zur Energiegewinnung genutzt werden (Piezoelectric Energy Harvesting).

Pyro- und piezoelektrische Sensoren

Den Kern der PyzoFlex®-Technologie bildet eine Matrix aus siebgedruckten Sensoren, wobei ein Sensorelement aus einer gepolten, zwischen zwei gedruckten Elektroden eingebetteten, ferroelektrischen Polymerschicht besteht, die ein kapazitives Element bildet. Diese Polymerschicht enthält ferroelektrische Kristallite, deren elektrisches Dipolmoment durch Polung in einem elektrischen Feld ausgerichtet (=orientiert) werden kann. Nach dieser Polungsaktivierung werden in der Sensorschicht durch kleinste Druck- oder Temperaturänderungen Ladungen erzeugt, die zu den Elektroden fließen und als Spannungssignale über eine spezielle Multiplexer-Elektronik auf einem PC ausgelesen werden können. Die detektierte Signalhöhe ist dabei proportional zur Stärke bzw. Geschwindigkeit der Berührung – das heißt, es kann nicht nur erfasst werden wo berührt wird, sondern auch wie stark und wie schnell.

Die Materialbasis bilden ferroelektrische Co-Polymere aus der PVDF-Klasse, die ausgesprochen stabil sind, d.h. eine hohe chemische Robustheit aufweisen, sehr UV-beständig und witterungsfest sowie schwer entflammbar sind. Mit Hilfe eines mittlerweile zum Patent angemeldeten Niedrig-Temperatur Sol-Gel-Prozesses konnte dieses Material in eine Paste formuliert und damit druckbar gemacht werden. Das Sensorarray wird auf derzeit bis zu DIN A3 großen PET-Folien gedruckt, wobei lediglich vier verschiedene Materialien benötigt werden. Zukünftig soll die Technologie auch auf der Rolle-zu-Rolle Pilotanlage (am JOANNEUM RESEARCH - MATERIALS Institut in Weiz) mittels Tiefdruck hergestellt werden. Dadurch wird es erstmals möglich, Sensorfolien im Quadratmetermaßstab kostengünstig zu produzieren. Einmal gepolt, bleibt die Dipolorientierung über ungezählte Stimulationszyklen stabil, solange die Curietemperatur von ca. 130°C (markiert den Übergang zwischen ferroelektrischer und paraelektrischer Phase) nicht überschritten wird.

 

 

Javascript ist nicht aktiviert - die Website kann an manchen Stellen nicht korrekt angezeigt werden.