Im Validierungsvorhaben »MAG4INK« wollen Forschende des Fraunhofer IKTS, des Fraunhofer FEP und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) zeigen, dass sich flexible Magnetfeldsensoren in industrierelevanten Größenordnungen kostengünstig drucken lassen. Die im Vorhaben vorgestellte Innovation besteht in der Herstellung von Magnetfeldsensoren mit hoher Sensitivität im mT-Bereich bis in den sub-µT-Bereich mittels Druckverfahren. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt im Rahmen des Förderprogramms „Validierung des technologischen und gesellschaftlichen Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung – VIP+“ mit insgesamt 1,5 Millionen Euro für drei Jahre.

Ob Fahrassistenzsystem im Auto, Smartwatch, die den Puls überwacht, oder smartes T-Shirt, das den Sportler kühlt. Sensoren sind die wichtigsten Datenlieferanten für die Digitalisierung. Viele Sensoren gewinnen ihre Informationen aus der Wechselwirkung mit Magnetfeldern. Bisherige Magnetfeldsensoren sind auf starren Substraten aufgebrachte Dünnschicht-Materialien, die nicht flexibel, relativ großvolumig und vergleichsweise aufwendig herzustellen sind.

Elektronische Bauteile lassen sich heute auch per Druckverfahren herstellen (Gedruckte Elektronik). Die MAG4INK-Partner nutzen hierfür elektronische Funktionstinten oder -pasten anstelle von Druckfarben. Durch das Übereinanderdrucken mehrerer Funktionsschichten entstehen so Dünnschicht-Bauelemente, die leicht und klein, dünn und flexibel – und sogar recycelbar sind.

Im Forschungsfokus stehen einerseits Sensoren mit hoher Empfindlichkeit im Millitesla-Bereich, also Magnetfeldstärken, wie sie zum Beispiel von Kühlschrankmagneten ausgehen. Diese Sensoren können als gedruckte Schalter oder Abstandssensoren eingesetzt werden. Anspruchsvoller sind die Sensoren, die magnetische Felder auf der Sub-Mikrotesla-Skala detektieren können. Zum Vergleich: Das Erdmagnetfeld hat eine Stärke von rund 50 Mikrotesla; das Feld eines handelsüblichen Kühlschrankmagneten ist hingegen schon rund tausendfach kräftiger ausgeprägt. Von beiden Sensorgruppen erhoffen sich die Wissenschaftler*innen neue Anwendungen an der Schnittstelle Mensch und Maschine.

Die Sensoren können aufgrund ihrer hohen Magnetfeldsensitivität sowie ihrer flexiblen Gestaltung vielseitig eingesetzt werden. Die Bandbreite reicht von Technologien für das ‚Internet der Dinge‘ über medizinische Anwendungen wie dem Gesundheits-Monitoring bis hin zu smarten Textilien. Andere Anwendungen wiederum sind im Skinput-Bereich denkbar, eine Technologie, die die Funktionalität unserer Haut mit der eines Touchscreens erweitert.