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Innovationen im Bereich gedruckte Elektronik und tragbare Technologie

In diesem Newsletter behandelt TechBlick eine Reihe von Innovationen im Bereich der gedruckten Elektronik und der tragbaren Technologie. Die hervorgehobenen Technologien umfassen echte tragbare Elektrophysiologie, transparente Heizelemente für ADAS, trockenes Drucken ohne Tinte, weiche Bioelektronik, maschinenwaschbare Tinten, Graphene-E-Tattoos, ultradünne ICs und High-Pitch-Bonding, arterielle Pulswellenüberwachung und mehr.

All diese Technologien werden live auf der kostenlosen TechBlick-Veranstaltung am 2. Dezember 2022 vorgestellt. Diese Veranstaltung wird mehr als 25 Vortragende in zwei parallelen Live-Tracks, mehr als 30 virtuelle Live-Aussteller und mehr als 400 Teilnehmer aus der ganzen Welt in einer einzigartigen virtuellen Umgebung zusammenbringen.

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Wirklich tragbare Elektrophysiologie: Kombination von gedruckter Elektronik, stromsparender Elektronik und Daten

Heutige Elektroenzephalographie (EEG) und Oberflächen-Elektromyographie (sEMG) sind notorisch schwerfällig. Durch den Einsatz von gedruckter Elektronik, Low-Power-Elektronik und Datenanalysetools bringt das X-trodes-System elektrophysiologische Techniken auf ein neues Niveau: Durch die Eliminierung der Notwendigkeit, mehrere Elektroden, Kabel und Verstärkereinheiten zu handhaben, kann eine elektrophysiologische Überwachung erreicht werden, während die Stabilität der Elektrode auf der Haut und die Bequemlichkeit des Benutzers bei längerem Gebrauch (Stunden) erhalten bleiben. In der Präsentation werden mehrere wichtige Anwendungen (mit Schwerpunkt auf der Schlafüberwachung zu Hause und der Gesichtsmuskulatur) vorgestellt und es wird erläutert, wie jede von ihnen von der Konvergenz von Elektrophysiologie und neuartiger Haut-Elektrophysiologie profitieren kann.

Lesen Sie mehr über diese Technologie und sehen Sie sich die Folien hier an. Alternativ wird diese Technologie live online auf der TechBlick Wearables-Konferenz am 2. Dezember 2022 vorgestellt. Die Teilnahme an dieser Online-Konferenz ist kostenlos.

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Gedruckte Heizungen, ADAS, LIDARs, Radar: Was ist die Verbindung?

Seitdem fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) den Automobilmarkt erobert haben, sind zuverlässige LiDAR- und RADAR-Systeme für die Entwicklung fortschrittlicher selbstfahrender Fahrzeuge von entscheidender Bedeutung. Eine große Herausforderung besteht darin, selbst unter schwierigsten Umweltbedingungen eine klare Sicht zu gewährleisten.

Um die Sichtbarkeit im Winter zu gewährleisten, sind die RADAR- und LiDAR-Sensorabdeckungen derzeit mit drahtbasierten Heizlösungen ausgestattet. Diese hochmoderne Lösung ist mit einigen technologischen Herausforderungen während des Herstellungsprozesses verbunden, was zu erheblichen Ausschussraten führt. Die Homogenität der Temperatur der Sensorabdeckung ist oft unzureichend und es wurden Überhitzungs- oder sogar Verbrennungsprobleme festgestellt.

ATT advanced thermal technologies GmbH hat zwei alternative Varianten entwickelt, die beide im Siebdruckverfahren auf (transparente) Polycarbonat-Folien gedruckt werden und im Vergleich zur derzeit verfügbaren Embedded Wire-Technologie Prozesskosten sparen.

Lesen Sie mehr über diese Technologie und sehen Sie die Folien hier. Alternativ wird diese Technologie live online auf der TechBlick-Konferenz Printed Electronics Innovations am 2. Dezember 2022 vorgestellt. Die Teilnahme an dieser Online-Konferenz ist kostenlos. Informieren Sie sich über die Tagesordnung und melden Sie sich hier kostenlos an https://www.techblick.com/PE-innovation-day

Weiches elektronisches System: Kombination von starrer Elektronik mit dehnbaren, dünnen und leichten Substraten

Die Gruppe von Dr. Yeo an der Georgia Tech University leistet Pionierarbeit in den Bereichen weiche Materialien, flexible Mechanik, Nanomanufacturing, maschinelles Lernen und Systemverpackung, um intelligente weiche, tragbare Biosensoren und Bioelektronik zu entwickeln. Diese Systeme kombinieren weiche, dehnbare, flexible Substrate und Materialien mit starrer Elektronik und schaffen so weiche, aber leistungsfähige elektronische Systeme.

Die Vielfalt des Forschungsprogramms ist faszinierend. Auf Folie 1 sehen Sie eine Auswahl laufender Projekte in Dr. Yeo's Forschungsgruppe zur Untersuchung weicher Materialien und zur Entwicklung weicher Biosensoren und Bioelektronik

Auf Folie 2 sehen Sie ein Bild, das den Vergleich zwischen einem weichen elektronischen System an den Fingern und herkömmlichen starren Wearables am Handgelenk zeigt. Hier zeigt sich der wahre Vorteil von weichen elektronischen Systemen!

Auf Folie 3 sehen Sie Beispiele für entwickelte bioelektronische Wearable-Systeme. Hier sieht man die Kombination aus extremer Dehnbarkeit, Dünnheit und starren ICs und Elektronik.

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Trockener tintenloser Digitaldruck mit In-situ-Sinterung

Die derzeitigen Drucktechnologien basieren auf Nassdruckverfahren wie Tintenstrahl- und Aerosolstrahldruckern, die mit einer komplexen und teuren Tintenformulierung, begrenzten Druckmaterialoptionen, Verunreinigungen, geringer Haltbarkeit und kostspieliger Nachbearbeitung zu kämpfen haben. Folie eins zeigt einen typischen Prozess.

NanoPrintek hat den weltweit ersten "trockenen Multimaterialdrucker" entwickelt. Diese neuartige Technologie kann den Druck von einer traditionellen flüssigkeitsbasierten zu einer trockenen Drucktechnologie umwandeln. Dieser Drucker wird auf Folie 2 schematisch dargestellt, wobei gezeigt wird, wie Nanopartikel in-situ aus einem festen Ziel erzeugt werden, um einen Strahl von Nanopartikeln zu bilden, der digital auf die Endsubstrate gedruckt wird, ohne dass jemals Tinte benötigt wird.

Lesen Sie mehr über diese Technologie und sehen Sie sich die Folien hier an. Alternativ wird diese Technologie live online auf der TechBlick-Konferenz Printed Electronics Innovations am 2. Dezember 2022 vorgestellt. Die Teilnahme an dieser Online-Konferenz ist kostenlos. Informieren Sie sich über die Tagesordnung und melden Sie sich hier kostenlos an https://www.techblick.com/PE-innovation-day

Überwachung der arteriellen Pulswellen: Piezoelektrische E-Tattoos

Forscher der Universität Tampere haben ein tragbares, äußerst unauffälliges und kostengünstiges E-Tattoo entwickelt, das Messungen der arteriellen Pulswellen auf der Grundlage der piezoelektrischen Technologie ermöglicht.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die häufigste Todesursache in der Welt und waren 2016 für etwa 30 % (~17,9 Millionen) aller Todesfälle verantwortlich. Daraus ergibt sich eine Risikogruppe von Hunderten Millionen Menschen weltweit, die von potenziell tödlichen Herz-Kreislauf-Erkrankungen bedroht sind (in einer Studie aus dem Jahr 2010 wurde die Zahl der Menschen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen allein in den USA auf 82,6 Millionen geschätzt). Vor kurzem wurde die kontinuierliche Überwachung der arteriellen Pulswellen (PW) vorgeschlagen, um diese immense Risikogruppe zu überwachen. Derzeit gibt es jedoch keine Lösung, die die kostengünstige Herstellung, Unauffälligkeit und Genauigkeit dieser Geräte miteinander verbindet.

In dieser Arbeit wurde eine skalierbare und kosteneffiziente druckbasierte Herstellungsmethode für einen PW-Sensor des Typs elektronisches Tattoo (e-Tattoo) entwickelt und untersucht. Das Gerät basiert auf der piezoelektrischen P(VDF-TrFE)-Technologie.

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Fortschritte in der hybriden flexiblen Elektronik in Richtung Ultra-Fine-Pitch-Bonding

Hybride flexible Systeme kombinieren gedruckte Elektronik mit der hohen Rechenleistung der etablierten Siliziumelektronik. Um die Systeme wirklich flexibel zu halten, werden ultradünne Chips verwendet.

Die Folie unten zeigt ein Beispiel für die Vorbereitung von Ultrachip-Chips von der Vereinzelung der Wafer bis zur Herstellung dünner Chips. Diese Chips werden dann auf flexible Substrate mit gedruckter Metallisierung und anderen gedruckten Komponenten aufgebracht, wodurch hybride flexible Systeme entstehen.

Eine zentrale Herausforderung ist hier das Bonden, insbesondere das Erreichen von Ultra-Fine-Pitch-Bonden, so dass eine breitere Palette von ICs - komplexe ICs mit hohen E/As - kompatibel sind und die Elektronikdesigner aus einem vertrauten Repertoire von Komponenten wählen können, um Produkte zu entwickeln

Folie 2 zeigt verschiedene Ansätze der Chipintegration für flexible Hybridelektronik. Grob gesagt kann man diese in Chip-first- und Chip-last-Ansätze unterteilen. Beim Chip-First-Ansatz mit Flip-Chip-Bonding werden traditionelle Bondtechniken wie Löten, Interposer, ACA/ACF, ICA, NCA eingesetzt. Bei der Chip-on-Flex-Technik werden gedruckte Verbindungen verwendet. Dies ist ein heißer Entwicklungsbereich, der komplexe flexible Hybridsysteme der nächsten Generation ermöglicht, die erstklassige Chips mit gedruckten Schaltungen kombinieren.

Kohlenstoffpasten: 100x maschinenwaschbar + R2R-Druck für E-Textilien

Die Waschbarkeit ist eine der entscheidenden Herausforderungen für die Einführung von elektronischer Kleidung. A*Start (Singapore Institute of Manufacturing Technology) hat gezeigt, dass es die Anforderungen der Verbraucher erfüllen kann, indem es das Elektrodenmaterial neu formuliert und Integrationstechniken entwickelt, um die Herausforderung von 100 Waschzyklen zu erfüllen. Wie auf Folie 1 zu sehen ist, handelt es sich dabei um eine maschinenwaschbare Kohlenstoffpastenformulierung, die für den R2R-Druck geeignet ist.

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MXenes für Elektronik und gedruckte Elektronik

Eine aufstrebende Klasse von zweidimensionalen (2-D) Materialien, kristalline 2-D-Übergangsmetallcarbide oder -nitride (MXene), hat in den letzten zehn Jahren großes Interesse geweckt. Murata hat sich auf elektrisch leitfähige MXene konzentriert, insbesondere auf Ti3C2Tx in einem sprühbeschichteten Filmzustand (18000 S/cm bei 5 um Dicke). Das hydrophile Nanoblatt mit herausragenden Eigenschaften (Leitfähigkeit, hohe Oberfläche und vielseitige Oberflächenchemie) ist ein vielversprechender Materialkandidat für flexible Elektronik mit einem umweltfreundlichen Herstellungsverfahren.

Das Quellverhalten von MXen durch Feuchtigkeit ist ein Hindernis für seine Anwendung in der Elektronik. Der Zwischenschichtabstand der Schichtstruktur vergrößert sich bei einer Lagerung bei 60 °C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit, was zu einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften und einer anschließenden oxidativen Reaktion zu TiO2 führt. Murata hat das Konzept der Gastakkommodation über Wasserstoffbrückenbindungen entwickelt, um die Wasserdiffusion zu blockieren, und nachgewiesen, dass dies die Umweltstabilität unter feuchten Bedingungen verbessert.

Warum sind Graphen-Tattoos die besten tragbaren Schnittstellen?

Warum sind Graphen-Tattoos die besten tragbaren Schnittstellen? Warum sind Graphen-Tattoos die überlegenen tragbaren Schnittstellen? Was kann man mit Graphen-Tattoos machen, aber nicht mit anderen tragbaren Systemen? Die Antwort ist die manschettenlose Erfassung des Blutdrucks! Lassen Sie uns zunächst einen Blick auf den Blutdruck (BP) werfen. Der Blutdruck ist ein wichtiges, repräsentatives Zeichen für Ihre Gesundheit. Wenn Sie ein Problem mit dem Herz-Kreislauf-System haben, zeigt der Blutdruck dies an. Aber um das Problem wirklich frühzeitig zu erkennen, müssen Sie den Blutdruck kontinuierlich messen. Kann man das tun? Nun, die moderne Technologie zur Überwachung des Blutdrucks ist archaisch und basiert auf 100 Jahre alten Blutdruckmessgeräten (Sphygmomanometern).

Dmitry Kireev und Deji Akinwande von der University of Texas in Austin sowie Kaan Sel und Roozbeh Jafari von der Texas A&M University werden über eine einzigartige Technologie berichten, mit der der Blutdruck ohne Manschette gemessen werden kann. Die Messungen werden elektrisch mit Hilfe der Bioimpedanzmodalität (Bio-Z) durchgeführt, und Graphen-Tattoos spielen die wesentliche Rolle von nicht wahrnehmbaren und selbstklebenden Bio-Schnittstellen. Das Bio-Z wird dynamisch mit einer Abtastrate von >10kHz durchgeführt. Eine Änderung des arteriellen Volumens (Blutzufluss) wirkt sich auf den gemessenen Bio-Z-Wert aus.

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