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Forscher der Duke University bringen Digitalspeicher für flexible Elektronik : Ausgabe 13/2017, 16.08.2017

Der Speicher aus der Sprühdose

USB-Flashspeicher sind ein weitverbreitetes Zubehör in Büros und privaten Haushalten. Forscher der Duke University bringen uns näher zu einer Zukunft mit günstiger und flexibler Elektronik: Durch die Entwicklung von aufsprühbaren Digitalspeichern, die mithilfe von Aerosol-Jetdruckern und Tinten aus Nanopartikeln realisiert werden – auch auf Nahrungsmitteln, Medikamentenschachteln und sogar in der Kleidung.

Autor: Henning Wriedt, USA-Korrespondent

Bilder: Duke University

Das neue Speicherelement, ähnlich einem 4-Bit-Flashdrive, ist ein komplett gedruckter Digitalspeicher, der sich in einfacher Elektronik, wie zum Beispiel Umweltsensoren oder RFID-Tags, verwenden lässt. Und da der Jet-Druck mit relativ geringen Temperaturen erfolgt, kann das neue Speicherelement auch in programmierbaren und biegsamen Elektronikschaltungen verwendet werden, die sich auf Papier, Kunststoff oder Stoffen befinden.

Codierung mittels Widerstandszustand

«Wir verfügen über alle Parameter, die eine Verwendung des Speicherelements in praktischen Applikationen zulässt. Wir demonstrierten es bereits mit LEDs», sagt der Doktorand Matthew Catenacci, der diesen Speicher auch im «Journal of Electronic Materials» beschrieb. Kern des neuen Speichertyps in der Grösse einer Briefmarke ist ein Druckmaterial auf der Basis von Kupfer-Nanodrähten, die Digitalinformationen speichern können.

«Die meisten Flashdrives codieren prinzipiell Informationen in einer Reihe von Siliziumtransistoren mit entsprechenden Lade- und Nichtladezuständen», sagt Professor Benjamin Wiley. Das neue Speichermaterial besteht jedoch aus mit Siliziumdioxid beschichteten Nanodrähten, die sich in einer Polymer­matrix befinden. Die Informationen werden hier nicht mit Ladezuständen codiert, sondern mit Widerstandszuständen (Memristoren).

Durch Anlegen einer kleinen Spannung kann der Widerstand zwischen einem hohen Wert, der einen elektrischen Strom unterbricht, und einem niedrigen Wert, der einen Stromfluss zulässt, umgeschaltet werden. Und im Gegensatz zum Silizium lassen sich das Poly­mermaterial und die Nanodrähte in Methanol auflösen und bilden damit eine Flüssigkeit, die sich durch die Düsen eines Druckers versprühen lässt.

Für Massenanwendungen momentan noch zu wenig Speicherkapazität

Bei der Herstellung des neuen Speicherelementes benutzte man zuerst eine kommerziell verfügbare Tinte aus Goldnanopartikeln, um einige Goldelektroden auf einer Glasplatte zu formen. Über die Goldelektroden druckte man dann das Kupfer-Nanodraht-Material, gefolgt von einer zweiten Elektrodenserie, dieses Mal aus Kupfer.

Die Schreibgeschwindigkeit oder die notwendige Zeit für das Umschalten der Widerstandswerte beträgt etwa 3 ms. Das konkurriert mit den entsprechenden Werten eines Flashdrives. Tests mit den neuen Speicherelementen lassen darauf schliessen, dass der Datenerhalt bis zu zehn Jahre betragen kann. Und das Material lässt sich viele Male ohne Nachteile neu überschreiben. Die Forscher weisen darauf hin, dass deren Speicher in absehbarer Zeit keine Digitalfotos oder Musik speichern werden, da die Speicherkapazität dafür viel zu gering ist. Man denkt erst einmal an günstige und flexible Applikationen.

Wiley: «Derzeit codieren RFID-Tags nur eine spezielle Produktnummer und werden typischerweise in Inventurprojekten eingesetzt. Aber Leute wollen immer öfter auch wissen, welche Umgebung auf das Produkt einwirkte – zum Beispiel welchen Temperaturen eine Medizin in einem bestimmten Zeitraum ausgesetzt war.» 

Infoservice

Duke University
Durham, NC 27708, USA
001 919 684 81 11
www.duke.edu



Forscher entwickelten einen aufsprühbaren Digitalspeicher (oben, links), der sich für eine programmierbare Elektronik auf flexiblen Materialien eignet – mit LEDs (unten) wurde eine einfache Applikation des neuen Speichertyps demonstriert