Das unsichtbare Schlüsselloch

Auf den ersten Blick wirkt die Idee von Empa-Forscherin Evgeniia Gilshtein unscheinbar – oder genauer gesagt: unsichtbar. Was zunächst wie eine simple Klarsichtfolie aussieht, verbirgt in sich ein ganz neues Mass an Sicherheit. Denn auf das transparente Trägermaterial sind unsichtbare Schaltflächen gedruckt, deren Position nur Eingeweihten bekannt ist. Derartige Schaltungen können beispielsweise als Zugangscode mit einem Türschloss verbunden werden. Werden die Schaltflächen auf der Polymerfolie mit dem Finger in einer festgelegten Sequenz berührt, lässt sich das Türschloss öffnen.

Dem Forschungsteam des «Thin Films and Photovoltaics» Labors der Empa in Dübendorf, in dem Evgeniia Gilshtein arbeitet, ist es bereits zuvor gelungen, Polymer-Folien mit elektronischen Schaltungen und Sensoren zu bedrucken. Gemeinsam mit Forschern des Paul Scherrer Instituts (PSI) und der EPFL brachten sie innerhalb des Forschungsprojekts FOXIP (kurz für «Functional OXIdes Printed on Polymers and Paper») Dünnfilmtransistoren auf Papier- und PET-Folien auf.

Hierfür setzt das Team auf transparente leitfähige Metalloxide (TCO für engl. «Transparent Conductive Oxides»). Die leitfähige Tinte kann beispielsweise mit einem Tintenstrahldrucker auf die Oberfläche gebracht werden. «Dazu kommen natürlich nicht gewöhnliche Bürodrucker zum Einsatz, sondern die hochspezialisierten Geräte des «Coating Competence Center» der Empa», sagt Evgeniia Ghilshtein. Denn schliesslich geht es um Genauigkeiten im Mikrometerbereich, mit denen die Elektronik aufgedruckt wird.

Eleganter Umweg

Nun wird mit der transparenten Sicherheitsfolie eine von vielen Anwendungen der Technologie vorangetrieben. «Wichtig war uns vor allem, dass der additive Fertigungsprozess der Folie auch im industriellen Massstab eingesetzt werden kann», sagt Gilshtein. Genutzt werden könnte das unsichtbare Türschloss beispielsweise in Banken oder Spitälern, aber auch für Privatwohnungen.

Damit die metallhaltige Nanopartikel-Tinte transparenter und leitfähiger als herkömmliche Produkte wird, nutzen die Forschenden einen eleganten Umweg im Produktionsprozess: Nachdem die Schaltungen auf die Trägerfolie gedruckt waren, wurde die Folie in einem nächsten Schritt blau eingefärbt. Da die blaue Farbe, im Gegensatz zu einer durchsichtigen Folie, Licht absorbieren kann, ermöglicht dies nun ein "Einbrennen" der Tinte auf dem Untergrund, und zwar mittels energiereicher Lichtbestrahlung. Dabei verschwindet nicht nur die blaue Farbe, die "Geheimtinte" aus Indium-Zinn-Oxid wird im gleichen Schritt auch gleich unsichtbar. "Das Ergebnis sind gedruckte Schaltungen, die eine deutlich höhere Leitfähigkeit haben als bisherige Lösungen", so die Empa-Forscherin.

Die Sensor-Flächen sind für das menschliche Auge nicht auszumachen und lassen sich an geeigneten Stellen platzieren, etwa über dem Türscharnier des ersten Prototyps. Gilshtein: "Die Schaltungen lassen sich aber ebensogut auf einer Glasscheibe oder einem geschwungenen Türgriff positionieren." Die Folie ist zudem mit einem Display gekoppelt, das anzeigt, ob der Code korrekt eingegeben wurde. Die Anzahl der Sensoren lasse sich aufgrund des vergleichsweise simplen Druckprozesses zudem quasi beliebig erhöhen.