Strom aus der Tapete

Physik Journal - Eine mit Polymerelektronik gespickte Folie überträgt Spannungen berührungslos.

Eines Tages werden Sensoren und Rechenlogik Bestandteil zahlreicher Alltagsgegenstände sein. Von der Tapete, die ihr Motiv täglich auf Knopfdruck wechselt, bis zu Solarzellen im Badeanzug, die den MP3-Player mit Strom versorgen, gibt es bereits viele Ideen. Eine japanische Forschergruppe um Takao Someya hat sich nun der kabellosen Stromversorgung solcher „Ambient Electronics“ angenommen.

Someya und seine Kollegen entwickelten eine mehrschichtige Folie, die Leistung per induktiver Kopplung an einen elektrischen Verbraucher übertragen kann. Hierfür druckten sie Transistoren, Spulen und mikroelektromechanische Systeme (MEMS) aus leitfähigen Kunststoffen. Das nun vorgestellte 50 g leichte Labormuster ist 21×21 cm ² groß, 1 mm dick und setzt sich aus insgesamt vier übereinanderliegenden Folien zusammen, von denen zwei für die Positionserkennung zuständig sind und zwei die Leistung übertragen. Auf eine der beiden Folien für die Positionserkennung ist eine Matrix aus 25 mm durchmessenden Spulen gedruckt. Die darunterliegende zweite Folie enthält organische Transistoren mit Kanallängen von 13 μm für die Logik. Die Folienkombination, die den Strom überträgt, besteht ebenfalls aus einer Folie mit Spulen und einer zweiten Folie mit der MEMS-Matrix.

Abb.: Eine mehrschichtige Kunststofffolie bringt LEDs durch induktive Kopplung zum Leuchten. (Quelle: Universität Tokio)

Nähern die Forscher einen mit einer Spule versehenen Gegenstand auf weniger als 2,5 cm an, induziert dieser eine Spannung, die bei weiterer Annäherung zunimmt. Dank der Spulenmatrix kennt das MEMS die Position des Gegenstandes und kann gezielt nur die Übertragungsspule ansprechen lassen, über der sich der Gegenstand befindet. Die Effizienz der Übertragung liegt bei über 80 Prozent, und die empfangene Leistung steigt bis 40 W linear mit der Ausgangsleistung. Tests konnten auch das sehr gute Schaltverhalten der Folienkombination bestätigen. Da diese dünn, flexibel und billig herzustellen ist, ließe sie sich prinzipiell in Tapeten, Böden oder Tische integrieren.

Michael Vogel

Quelle: Physik Journal, Juli 2007, S. 16

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  T. Sekitani et al., A large-area wireless power-transmission sheet using printed organic transistors and plastic MEMS switches, Nature Materials 6, 413 (2007).
  http://dx.doi.org/10.1038/nmat1903