Drucksensoren zur optimalen Steuerung vieler Prozesse lassen sich statt aus Metallen und Kunststoffen auch aus Papier herstellen, wie ein Team um Navakanta Bhat vom Centre for Nano Science and Engineering (CeNSE) in zeigt. Der Sensor besteht aus gewellten Papierstreifen, die mit Zinnmonosulfid (SnS) beschichtet und zu einer mehrschichtigen Architektur aufgestapelt sind. SnS ist ein Halbleiter, der unter bestimmten Bedingungen Strom leitet. "Die grösste Herausforderung bestand darin, eine geeignete 3D-Gerätestruktur und ein geeignetes Material zu wählen, um dem Papier leitfähige Eigenschaften zu verleihen", sagt Neha Sakhuja, die am CeNSE promoviert hat.
Wird Druck auf die Oberfläche des Sensors ausgeübt, verkleinern sich die Luftspalten zwischen den Papierstreifen, wodurch die Kontaktfläche zwischen diesen Schichten vergrössert wird. Eine höhere Kontaktfläche führt zur besseren elektrischen Leitfähigkeit. Beim Lösen des Drucks nehmen die Luftspalten wieder zu, wodurch sich die elektrische Leitung verringert. Diese Änderungen des elektrischen Widerstandes sind ein Mass für den Druck. "Die Einfachheit des Geräts ist faszinierend. Es ist, als würde man Papier nach Origami-Art falten", so Bhat.
Der Sensor könnte vor allem im Gesundheitswesen eingesetzt werden, sagen die Entwickler. Sie befestigen es zu Testzwecken auf der Wange eines Menschen, um die Bewegung beim Kauen zu untersuchen, schnallen es an einen Arm, um die Muskelkontraktion zu überwachen, und um die Finger, um deren Bewegung zu verfolgen. Das Team hat sogar eine numerische, faltbare Tastatur entworfen, die mit dem hauseigenen papierbasierten Drucksensor konstruiert wurde, um die Benutzerfreundlichkeit des Geräts zu demonstrieren.
"Die künftigen Anwendungen dieses Geräts sind nur durch unsere Vorstellungskraft begrenzt. Wir möchten die Stabilität und Haltbarkeit dieser Sensoren weiter erhöhen und mit der Industrie zusammenarbeiten, um sie in grossen Stückzahlen herzustellen", unterstreicht Bhat abschlisend.
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