Sensorsysteme für Prozess- und Zustandsmonitoring

Gedruckte hochempfindliche Komposit-Feuchtesensoren

Siebgedruckte Komposit-Feuchtesensoren.

Vor dem Hintergrund der Digitalisierung, Smart Living und Industrie 4.0 besteht ein großer Bedarf an universell einsetzbaren und kostengünstigen Sensoren. Das gilt auch für Feuchtesensoren. Hier reicht das Anwendungsspektrum von der Überwachung der Luftfeuchtigkeit in Gebäuden und Produktionshallen, über das Feststellen von (Kondens-) Feuchtigkeit in Geräten oder Verpackungen bis hin zum Condition Monitoring an Leichtbaumaterialien.
Feuchtesensoren auf der Basis von Nano- oder Mikrokompositen vereinen die Vorteile von Polymeren und Keramiken, wie beispielsweise einfache Herstellung und hohe Empfindlichkeit, und bilden damit eine ausgezeichnete Grundlage für vielfältigste Anwendungen. 
Am Fraunhofer ENAS wurden derartige Komposit-Feuchtesensoren komplett mit Siebdrucktechnologien in verschiedenen Layouts und mit aktiven Flächen im Größenbereich von einem bis zu 50 cm2 auf flexiblen Substraten (z. B. Polyimid, PET) hergestellt und umfassend charakterisiert. Das feuchtigkeitsempfindliche Dielektrikum der kapazitiven Sensoren besteht aus keramischen Partikeln, die mit einem Polymerbinder versehen sind. Die Sensoren weisen eine Kapazitätsänderung um mehr als 100 Prozent bei Änderung der relativen Feuchte von 20 auf 80 Prozent r. F. sowie eine Empfindlichkeit von bis zu 125 pF / Prozent r. F. auf. Die siebgedruckten Elektroden des Sensoraufbaus basieren auf silberhaltigen Pasten, die durch thermische Nachbehandlung in einen leitfähigen Zustand überführt werden können. In Kooperation mit der TU Chemnitz im Rahmen des Exzellenzclusters MERGE wurden zudem Komposit-Feuchtesensoren in glasfaserverstärkte Thermoplaste integriert. Mit den Sensoren kann eine Wasseraufnahme derartiger Laminate von weniger als 0,5 Massenprozent zuverlässig detektiert werden.