Wearables Gewalztes Graphen eignet sich als Funkantenne

Rund um die Welt arbeiten Forscher daran, das oft als Wundermaterial bezeichnete Graphen sinnvoll zu nutzen. Wissenschaftler der Universität Manchester haben nun eine gedruckte Funkantenne aus Graphentinte hergestellt, die sich für den Einsatz in Wearables oder im RFID-Umfeld eignet.

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Wie der Informationsdienst Science Daily berichtet, hat ein Team der University of Manchester zusammen mit dem Graphen-Hersteller BGT Materials eine gedruckte Funkantenne hergestellt, die aus Graphentinte besteht. Laut dem Bericht war die Antennenleistung gut genug, um für den Einsatz des Bauteils für RFID-Tags oder drahtlose Sensoren geeignet zu sein.

Weitere Vorteile: Die Graphen-Antenne ist flexibel, umweltfreundlich und könnte preiswert in hohen Stückzahlen produziert werden. Die Studie zeigt somit, dass gedrucktes Graphen – eine nur ein Atom dicke Lage von Kohlenstoffteilchen – für die kommerzielle Nutzung in preiswerten Funkanwendungen geeignet ist.

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„Wichtig ist, dass Graphen nicht mehr nur ein wissenschaftliches Kuriosum ist. Es wird bald viele nützliche Anwendungen in unserem täglichen Leben finden“, sagte Projekleiter Kostya S. Novoselov von der Universität Manchester, der das Projekt koordinierte.

Eine der ersten Anwendungen von Graphen war elektrisch leitfähige Tinte, mit der sich elektrische Schaltungen drucken lassen. Der Vorteil der Graphentinte gegenüber vergleichbaren Materialien – etwa aus metallischen Nanopartikeln – ist, dass sich die gedruckte Graphentinte bis zu einem gewissen Grade biegen und verformen lässt.

RFID-Tags auf flexiblem Trägermaterial

Eines der Probleme bei der Herstellung leitfähiger Graphentinte war es bisher, dass die Graphen-Flocken in der Regel mit einem Lösemittel und einem Bindemittel vermischt werden mussten. Das Bindemittel sorgt für die Haftung der Tinte, behindert aber auch die elektrische Leitfähigkeit. Deshalb mussten die Bindemittel nach dem Druck durch Tempern aufgebrochen werden. Die hohen Temperaturen, die beim Tempern entstehen, bergen jedoch die Gefahr, dass das Trägermaterial beschädigt wird.

Das Forscherteam fand einen anderen Weg: Die Wissenschaftler verzichteten auf ein Bindemittel. Stattdessen ließen sie die Graphentinte zunächst trocknen und pressten sie dann mit einer Walze – ganz ähnlich, wie frisch aufgebrachter Straßenbelag durch eine Walze geebnet wird. Durch den Pressvorgang steigerte sich die elektrische Leitfähigkeit des Graphens um das Fünfzigfache. Im Vergleich zu Graphentinte, die mit Bindemittel aufgebracht und dann getempert wird, wies die gepresste Tinte die doppelte Leitungsfähigkeit auf.

„Die hohe Leitungsfähigkeit, die eine effiziente Sendeleistung ermöglicht, war einer der aufregendsten Aspekte des Experiments“, sagte Zhirun Hu, ein Mitglied des Forscherteams.

Aus der Tinte wurde eine 14 Zentimeter lange und 3,5 Millimeter breite Antenne auf ein Stück Papier gedruckt. Durch die Möglichkeit, RFID-Antenne auch auf preiswerte Materialien wie Papier oder Plastik oder auch auf Kleidungsstücke zu drucken, würde die RFID-Technik preiswerter und universeller einsetzbar. Derzeit dienen hauptsächlich Metalle wie Aluminium und Kupfer als Trägermaterialien.

„RFID-Tags auf Graphenbasis können die Herstellungskosten deutlich senken, da der Fertigungsprozess viel einfacher ist und die Materialien billiger sind“, so Doktorand Xianjun Huang, der den Fachaufsatz über das Experiment in der Zeitschrift Applied Physics Letters verfasst hat. Sowohl die Universität Manchester als auch die Firma BGT Materials wollen diesen Ansatz weiter verfolgen.

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