Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kostensparendes multisensorisches Papier für Verpackungsanwendungen – PAPERONICS

Printed electronics is a megatrend for packaging, food and pharmaceutical industries because it is an enabling technology / accelerator for the other megatrends ‘internet of things’, ‘consumer interaction and feedback coupling via mobile phones’, ‘tracebility’ and ‘safety during online retail’, i.e. surveillance of storage and transport conditions’. SMEs are highly interest to serve this growing market but they face several challenges. These are addressed and solved by PAPERONICS.

Paper will be used as substrate because it is temperature stable, stiff, printable and a low cost material. The innovation target and the methodology will focus on SME benefits. SMEs have their strength to adapt business models and solutions for niche markets. The pre-competitive character and SME-focus of the project is provided by developing materials and generating results of higher value for SMEs.

1) The research landscape and SME supply industry for printed electronics / delivery industry is fragmented. PAPERONICS will bring together SME and research centres from the entire value chain with the aim to foster innovation by mutual cooperation.

2) Production of printed electronics must be simplified. Electronic components (solar cells, printed wires, antennas, OLEDs, RFIDs) are sensitive to water vapour and oxygen. To allow inexpensive processing in air, low-cost encapsulation materials with oxygen and water scavengers will be developed to allow encapsulation in air.

3) Energy sources for printed electronics are costly. Printable, low cost organic solar cells with a currently low technology readiness level will be developed further to a higher technology readiness level and combined with sensors.

4) Many technologies are standalone solutions. PAPERONICS will integrate and develop a platform for existing technologies available for SMEs.

5) Specific application scenarios are missing. PAPERONICS will reveal production and design ways to SME and develop different application scenarios

Ergebniszusammenfassung:

Faserbasierte Substrate unterscheiden sich z.T. sehr stark in ihren Eigenschaften. Etliche konnten mit Silber in verschiedenen Verfahren gut bedruckt werden. Eine glatte, wenig poröse Oberfläche ist besser geeignet, um leitfähige Strukturen mit niedrigem Widerstand zu erhalten. Aber das Ergebnis hängt auch stark vom Druckverfahren, den Eigenschaften der verwendeten Tinte und der Trocknung ab. Mit einem Siebdruckverfahren konnten auf verschiedenen Papieren Leiterbahnen mit hohen Leitfähigkeiten gedruckt werden. Weitere Funktionalitäten (Temperatursensor, Superkondensator) konnten ebenfalls durch Drucktechniken realisiert werden. Stress-Tests an hergestellten Mustern bestätigten eine ausreichende Widerstandsfähigkeit für die angestrebten Anwendungen. Für Druckverfahren, die dünnflüssige Tinten erfordern, müssen die Oberflächen glatter und das Absorptionsvermögen geringer sein. Durch planarisierende Beschichtungen konnte dies erreicht werden. Zusätzlich können durch Aufdampfen von anorganischen Schichten gute Barriereeigenschaften erzielt werden. Die Integration von Absorbern für Sauerstoff und Wasser kann unzureichende Barriere in gewissem Maße kompensieren. Die Untersuchung der Rezyklierbarkeit zeigte bereits bei den Ausgangssubstraten deutliche Unterschiede. Die Bedruckung mit Silber führte zwar zu einer Verschlechterung der Rezyklatqualität, aber in Anbetracht der geringen Menge bezogen auf eine komplette Verpackung ist der Einfluss als tolerabel anzusehen. Es konnten Demonstratoren mit verschiedenen Funktionalitäten (z.B. Kundenbeziehung, Fälschungsschutz) erfolgreich entwickelt und hergestellt werden. Eine kommerzielle Umsetzung in faserbasierten Verpackungen in naher Zukunft erscheint realistisch. PAPERONICS konnte dafür den KMUs aus der Verpackungsindustrie Design- und Produktionswege aufzeigen. Aber auch die Hersteller von Vormaterialien können von den Projektergebnissen bei der Weiterentwicklung ihrer Produkte für die gedruckte Elektronik profitieren.