Gedruckte/flexible Elektronik wird seit langem als die Technologie angepriesen, die die Elektronik allgegenwärtig machen wird. Zu den vielversprechenden Anwendungen gehören drahtlose Sensoren in Verpackungen, Hautpflaster, die mit dem Internet kommunizieren, und Gebäude, die Lecks erkennen, um eine vorbeugende Wartung zu ermöglichen. Bis vor kurzem befanden sich solche Anwendungen jedoch noch weitgehend in der Prototyping- und Entwicklungsphase.
Das Jahr 2021 war jedoch ein aufregendes Jahr für die gedruckte Elektronik, in dem mehrere Anwendungen kommerziell eingeführt wurden und erhebliche Mittel in den Sektor flossen. Selbst dort, wo die Technologien noch nicht kommerziell genutzt werden, gehen die Unternehmen zunehmend von der Entwicklung ihrer Technologie und der Herstellung spekulativer Demonstrationsprototypen zu Entwicklungs- und Qualifizierungsprojekten für bestimmte Kunden über.
Gesundheitswesen/Wellness: Nutzung der Flexibilität
Um gedruckte/flexible Elektronik erfolgreich zu vermarkten, müssen Anwendungen identifiziert werden, bei denen die Unterschiede zur herkömmlichen Elektronik einen erheblichen Mehrwert darstellen. Elektronische Hautpflaster sind ein hervorragendes Beispiel dafür. Flexible Dünnschichtgeräte verbessern den Patientenkomfort und ermöglichen die kontinuierliche Überwachung biometrischer Parameter.
Das Interesse an elektronischen Hautpflastern hat im Jahr 2021 stark zugenommen. Große Unternehmen wie Dupont und Henkel haben spezielle Materialportfolios entwickelt, und die Pflaster werden in Krankenhäusern eingesetzt. Dieser Aufschwung ist zum Teil auf COVID-19 zurückzuführen, da sowohl Patienten als auch Angehörige der Gesundheitsberufe heute viel eher bereit sind, Fernkonsultationen durchzuführen, die eine Überwachung zu Hause erfordern. Darüber hinaus haben viele Gesundheitssysteme mit einem Rückstau von Patienten zu kämpfen, nachdem Operationen/Screenings abgesagt wurden, was einen zusätzlichen Anreiz zur Einführung neuer Technologien schafft, die die Effizienz verbessern können, indem sie beispielsweise eine frühere Entlassung aus dem Krankenhaus ermöglichen.
Automobilindustrie: Begleitung des Übergangs zu E-Fahrzeugen
Während der Übergang zur Elektrifizierung und Autonomie des Automobils viel Aufmerksamkeit auf sich zieht, wird er von der Einführung anderer Technologien begleitet, die bis zu einem gewissen Grad unter dem Radar bleiben. Die zunehmende Verbreitung gedruckter Elektronik ist ein solches Beispiel, das sowohl im Innen- als auch im Außenbereich Anwendung findet.
Innenräume sind besonders vielversprechende Ziele für Innovationen, die den Insassen einen Mehrwert bieten, da es für die Hersteller schwieriger ist, Elektroautos anhand des Antriebsstrangs zu differenzieren. Daher bieten sich umfangreiche Möglichkeiten für gedruckte/flexible Elektronik, um dem Cockpit zusätzliche Funktionen hinzuzufügen und gleichzeitig eine effiziente Fertigung zu ermöglichen. Beispiele hierfür sind mehr und leistungsfähigere Displays und kapazitive Bedienelemente. Die von PolyIC entwickelten kapazitiven Berührungssensoren mit Hintergrundbeleuchtung, die aus transparenten, gedruckten Metallgewebefolien und thermogeformten Teilen bestehen, werden in den 2021 auf den Markt gebrachten Volkswagen-Modellen eingesetzt.
Es besteht auch ein wachsendes Interesse an Heizungen für Automobilanwendungen, da Elektrofahrzeuge weit weniger Restwärme erzeugen. Während gedruckte Elektronik bereits für einige Sitzheizungen verwendet wird, würde die Implementierung von Heizungen aus resistiven oder positiv temperaturkoeffizienten leitfähigen Tinten in Oberflächen die Heizeffizienz verbessern und damit die Reichweite von Elektrofahrzeugen leicht erhöhen. Transparente Heizelemente, die entweder aus Metallgeflecht, Kohlenstoffnanoröhren (CNTS) oder Silbernanodrähten hergestellt werden können, werden ebenfalls entwickelt und erprobt, wobei die ersten Anwendungen Scheinwerfer- und Sensorabdeckungen sind.
Intelligente Verpackungen: Technische Innovationen erhöhen die Machbarkeit
Intelligente Verpackungen werden im Jahr 2021 auf breiter Front Einzug halten. Zwei aufstrebende Unternehmen haben Finanzmittel in Höhe von mehreren 10 Millionen Dollar aufgebracht, um die Produktion zu steigern und ihre technischen Möglichkeiten zu erweitern.
Unter intelligenten Verpackungen versteht man die Integration elektronischer Funktionen wie Antennen und Sensoren in die Verpackung, um den Weg und den Zustand der Verpackung durch die Lieferkette und bis ins Haus zu verfolgen. Denn im Gegensatz zu herkömmlicher starrer Elektronik ist gedruckte/flexible Elektronik theoretisch mit der Rolle-zu-Rolle-Produktion (R2R) mit sehr hohem Durchsatz kompatibel, um die erforderlichen sehr niedrigen Produktionskosten zu ermöglichen.
Trotz der weiten Verbreitung von RFID-Etiketten sind intelligente Verpackungen mit integrierter Sensorik jedoch bisher auf Nischenanwendungen beschränkt geblieben. Dies liegt in erster Linie daran, dass die Kostenziele für die meisten Smart-Packaging-Anwendungen äußerst anspruchsvoll sind, zumal eine Stromquelle oder Energiegewinnungsfunktion, ein oder mehrere Sensoren, ein Prozessor-IC und eine Antenne integriert werden müssen. Darüber hinaus bringen intelligente Verpackungen im Allgemeinen nur dann einen Mehrwert, wenn sie zusammen mit der Software eine integrierte Lösung ermöglichen. Dies erfordert in der Regel den Eintritt in einen Markt in großem Maßstab und die gleichzeitige Übernahme durch mehrere Akteure in der Lieferkette.
In dem Bemühen, die Kosten für intelligente Verpackungshardware zu senken und damit die Technologie für Anwendungen in größeren Mengen zu öffnen, werden innovative Hardwaretechnologien entwickelt. PragmatIC, ein im Vereinigten Königreich ansässiges Unternehmen, das von Haus aus flexible Metalloxid-ICs herstellt, erhielt im Oktober 2021 eine Serie-C-Finanzierung in Höhe von 80 Millionen US-Dollar. Das Hauptmerkmal der ICs von Pragmatic sind ihre niedrigen Kosten, die möglicherweise weniger als 1 US-Cent pro Stück betragen. Während RFID die erste Anwendung ist, werden auch etwas komplexere ICs für Sensoranwendungen entwickelt.
Eine weitere vielversprechende Innovation für intelligente Verpackungen sind Sensoren, die Energie aus elektromagnetischer Umgebungsstrahlung gewinnen. Diese batterielosen, drahtlosen Sensoren, die von dem US-Unternehmen Wiliot entwickelt wurden, das in einer Serie-C-Finanzierungsrunde 200 Mio. USD erhalten hat, kommunizieren über Bluetooth. Die ereignisbasierte Erfassung wird eingesetzt, um nur dann zu kommunizieren, wenn sich die Position des Sensors ändert, und somit den Stromverbrauch zu senken. Die ICs von PragmatIC und Wiliot werden auf flexiblen Substraten montiert, wobei die Antennen oft aus leitfähigen Tinten hergestellt werden. Diese aufkommende Herstellungsmethode, die Druck- und Montagekomponenten kombiniert, wird als Flexible Hybrid Electronics (FHE)" bezeichnet und in einem speziellen IDTechEx-Bericht behandelt.
Mit diesen eingehenden Investitionen, die das Wachstum von Technologien fördern, die einige seit langem bestehende Probleme lösen, könnte sich das Jahr 2021 als das Jahr erweisen, das die Einführung von intelligenten Verpackungen in Gang setzt.
Intelligente Gebäude und IoT: Kombination von Sensorik und Energy Harvesting
IoT-Geräte, hier definiert als ein Netzwerk drahtlos verbundener Sensoren für private und industrielle Anwendungen, bieten Vorteile wie vorausschauende Wartung und Zustandsüberwachung. Sie stellen eine große Chance für gedruckte/flexible Elektronik dar, da sie erschwinglich sein und einen kompakten Formfaktor haben müssen, um in Gebäude, Industrieanlagen usw. zu passen.
Trotz des eindeutigen Wertversprechens bleibt die Stromversorgung von IoT-Geräten eine Herausforderung, da der Austausch von Batterien sowohl verschwenderisch als auch teuer ist, wenn man die Wartungszeit mit einbezieht. Ein neuer Kandidat zur Lösung dieses Problems ist die organische Photovoltaik (OPV). Während sich die großflächige Einführung der organischen Photovoltaik bisher als schwierig erwiesen hat, eignet sich diese Technologie hervorragend für die Energiegewinnung in Innenräumen, da sie bei diffuser Strahlung mit geringer Intensität effizienter ist als die Silizium-Photovoltaik. Die Folien lassen sich außerdem kostengünstig im Lösungsprozess herstellen, während ihr flexibler, dünner Formfaktor die Haltbarkeit und die Integrationsmöglichkeiten verbessert.
OPV-Zellen für Innenräume für IoT-Geräte mit geringem Stromverbrauch werden von Unternehmen wie Epishine, Dracula Technologies und Ribes Tech entwickelt. Diese Technologie hat im Jahr 2021 an Zugkraft gewonnen, wobei die OPV-Zellen von Epishine in handelsüblichen Produkten für das Gebäudemanagement eingesetzt werden.
Andere Anwendungen gedruckter/flexibler Elektronik in intelligenten Gebäuden profitieren von der Möglichkeit, relativ einfache großflächige Geräte zu einem erschwinglichen Preis herzustellen. Zu den Anwendungen gehören Heizung und Leckerkennung, entweder integriert in Baumaterialien oder nachgerüstet. Im Jahr 2021 brachte das britische Start-up-Unternehmen Bare Conductive das Unternehmen Laiier auf den Markt, das auf diese Anwendungen abzielt - die kostengünstige Leckerkennung erweist sich für die Versicherungsbranche als besonders attraktiv, und mehrere Projekte sind in der Entwicklung.
Das kommende Jahr
Es wird erwartet, dass sich die Kommerzialisierung der gedruckten/flexiblen Elektronik im Jahr 2022 in allen oben genannten Technologien und Anwendungen fortsetzen wird, wobei kapazitive Berührungssensoren aus gedrucktem Metallgewebe, OPV-Zellen für die Energiegewinnung in Innenräumen und zunehmend flexible elektronische Hautpflaster an Bedeutung gewinnen werden.
Ressource:
https://www.idtechex.com/en/research-article/printed-electronics-emerging-applications-accelerate-towards-adoption/25269 [This is automatically translated from English]