Entwicklung eines organisch-basierten low-cost UV-Dosimeters mit Fotodiodentransducer und elektrochromem (EC) Display inklusive der Herstellung neuer dafür prädestinierter EC-Polymere (Dosi-protECt)
Projektleiter: Dr. Lars Blankenburg
Projektnummer: BMWi / INNO-KOM, MF150065
Laufzeit: 01.11.2015 - 30.04.2018
Aufgabenstellung
Polymerbasierte Sensorik steht aufgrund ihres ungeheuren Potenzials, den Lebensstandard vielfältig erhöhen zu können, sehr im Fokus von Wissenschaft und Entwicklung. Zum Schutz vor schädlicher UV-Strahlung im Sonnenlicht sollte im Projekt ein Sensor auf organischer Basis entwickelt werden, der dosisabhängig Sonnenbadende und vor allem Kinder vor übermäßiger UV-Belastung warnt und schützt. Das zu entwickelnde UV-Dosimeter soll autark funktionieren und mit einer elektrochromen Anzeige ausgestattet sein. Neuartige und etablierte EC-Polymere sollten dazu im Projekt generiert und erprobt werden. Auf Know-how von VF-Projekten aufbauend und preiswerte Organik und deren Beschichtungstechniken nutzend, sollte das Projekt zu vermarktungsfähigen EC-Polymeren und ferner zu flexiblen UV-Dosimetern führen.
Ergebnisse
Es konnten verschiedene funktionstüchtige Fotodioden, EC-Module und schließlich daraus zusammengestellte UV-Sensoren gefertigt und analysiert werden. Durch die umfangreichen Arbeiten zur Synthese konnten nicht nur das bewährte EC-Polymer Poly-TPD(4Me)-DPX im 10-Gramm-Maßstab hergestellt und für die Studien und Experimente verwendet werden, sondern gleich vier neue, chemisch modifizierte Triarylamin-Polymere.
Die Resultate, die sich nach Applikation in EC-Modulen ergeben, sind positiv zu bewerten, da wie gewünscht mit geringen chemischen Modifizierungen die Löslichkeit, die Schaltpotenziale und die Farbigkeit gezielt beeinflusst sowie ein reversibler EC-Effekt erreicht wurde. Klare Schwachstellen, aber auch Favoriten zur weiteren Device-Optimierung ließen sich dabei identifizieren.
Darüber hinaus konnte ein komplettes UV-Dosimeter als Prototyp aufgebaut werden, das nicht nur auf einem Substrat basiert, sondern optisch transparent ist und UV-Licht registriert. Ausgehend von früheren Experimenten auf Glas gelang die Kombination der Einzelkomponenten zu einem UV-Dosimeter auf einem einzigen flexiblen Träger. Der Farbumschlag des Sensors wurde durch UV-Belichtung ohne zusätzliche Energiequelle energieautark und ohne weitere Regelung erreicht. Dieses sehr gute Ergebnis konnte in einem Patent „UV-Dosimeter mit Farbänderung“ (DE102017114629A1) und einer daraus abgeleiteten WO-Anmeldung (WO 002018002306 A1) zur zukünftigen Verwertung angemeldet werden; beide sind zum 04.01.2018 veröffentlicht worden.
Anwendung
Der Schutz vor UV-Licht stand im Fokus. Konkret ein Sensor, der per Display das Erreichen einer bestimmten Dosis UV-Strahlung anzeigt und so den Anwender auffordert, sich aus der Sonne zu begeben. Die im Projekt hergestellten energieautarken UV-Karten zielen als „Organic Sensors“ auf die Hauptanwendungsfelder „Electronics & Components“ und „Integrated Smart Systems“. Als Nebengebiete sind „Organic Photovoltaics“ („OPV“) und „Flexible Displays“ zu benennen. OPV, weil die als Sensor eingesetzte Fotodiode gleichzeitig als polymere Solarzelle dienen kann. Für „Flexible Displays“ eignen sich die generierten EC-Materialien.