Biegsame Magnetfeldsensoren entwickelt

Winzige Magnetfeldsensoren gehören zur Standardausstattung von Smartphones. Sie unterstützen die Lage- und Positionsbestimmung des Geräts, das sich über Apps zum Kompass, zur Wasserwaage oder auch zu einem Metalldetektor verwandeln lässt. Bisher besteht das dafür verwendete Sensormodul, eine sogenannte Hall-Sonde, aus einem starren etwa einen halben Millimeter dicken Block. Dünner und flexibler dagegen sind Hall-Sonden, die Wissenschaftler nun entwickelt haben. Wie sie in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ berichten, könnten diese biegsamen Magnetfeldsensoren in elektronischer Kleidung, in der Robotik oder zur Optimierung von Elektromotoren genutzt werden.

Flexibler Magnetfeldsensor

„Der Sensor kann um das Handgelenk gebogen oder auch auf einem Finger als interaktives Zeigemodul gelegt werden“, erklären Michael Melzer und seine Kollegen vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung in Dresden. Ihre Prototypen bestehen aus hauchdünnen Kunststofffolien aus Polyimid oder Polyetheretherketon. Diese flexiblen Folien bestäubten die Forscher mit dem Metall Bismut und ergänzten mehrere Kontaktelektroden. Mühelos ließen sich diese Folien bis auf einen kleinen Radius von nur sechs Millimetern wiederholt biegen, ohne Schaden zu nehmen.

Grundlage der Magnetfeldmessung ist der sogenannte Hall-Effekt: Dabei fließt ein kleiner Strom durch den Sensor. Wird die Hall-Sonde durch ein äußeres Magnetfeld bewegt, entsteht eine Hall-Spannung. Deren Wert ist abhängig von der Position der Sonde relativ zum Magnetfeld. Melzer und Kollegen testeten nun verschiedene Stärken für die Bismutschicht und variierten die Temperaturen bei der Fertigung. Eine sehr gute Empfindlichkeit für Magnetfelder, die der herkömmlicher Hall-Sonden entspricht, erzielten sich mit nur 230 Nanometer dünnen Bismutlagen.

Auf einen Finger gespannt konnte die Position des flexiblen Hall-Sonde relativ zu einem Magneten genau bestimmt werden. Damit eignet sie sich als elektronisches Zeigemodul, das etwa bei Vorträgen den Laserpointer ersetzen könnte. In Zukunft könnten diese Magnetfeldsensoren in Textilien mit integrierter Elektronik, sogenannte Wearables, eingesetzt werden, die beispielsweise die Körperfunktionen kontrollieren können. Doch auch für die Steuerung von Robotern oder Magnetfeldmessungen in Elektromotoren sehen die Forscher mögliche Anwendungen.