Touchless- statt Touchscreen

06.10.2015
Foto: Material ändert Farbe

Berührungslose Farbänderung: Eine Struktur, in der sich Schichten aus Antimonphosphat und Oxid-Nanopartikeln abwechseln, erzeugt Farbe auf dieselbe Weise wie ein Schmetterlingsflügel oder Perlmutt; © Advanced Materials 2015/MPI für Festkörperforschung

Touchscreens sind praktisch, noch praktischer aber wären Touchless-Screens. Denn auch wenn mit berührungsempfindlichen Bildschirmen der Siegeszug der Smartphones begann und Bank- oder Fahrkartenautomaten über sie gesteuert werden, haben sie einige Nachteile.

So zeigen Touchscreens mit der Zeit mechanischen Verschleiß und wirken als Übertragungsweg für Bakterien und Viren. Um das zu vermeiden, haben Forscher des Stuttgarter Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung und der Ludwig-Maximilians-Universität München nun Nanostrukturen entwickelt, die ihre elektrischen und wahlweise auch ihre optischen Eigenschaften ändern, sobald sich ihnen ein Finger nur nähert.

Ein berührungsloser Bildschirm könnte sich eine menschliche Eigenschaft zunutze machen, die lebenswichtig, aber manchmal auch unangenehm ist: Unser Körper schwitzt – und gibt durch winzige Poren in der Haut ständig Wassermoleküle ab. Forscher vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart haben jetzt die Transpiration eines Fingers sichtbar gemacht – mit einem besonderen Feuchtigkeitssensor. Dieser spricht sofort an, sobald sich ihm etwa ein Zeigefinger bis auf wenige Millimeter nähert. Dabei wird die distanzabhängige Feuchtigkeitsmenge in ein elektrisches Signal oder in eine Farbänderung umgewandelt und kann somit gemessen werden.

Antimon-Phosphorsäure bringt dafür die nötigen Voraussetzungen mit. Dabei handelt es sich um einen bei Raumtemperatur kristallinen Feststoff, dessen Struktur aus schichtartig angeordneten Antimon-, Phosphor-, Sauerstoff- und Wasserstoffatomen aufgebaut ist. "Von diesem Material weiß man schon länger, dass es Feuchtigkeit gut aufnehmen kann und dabei stark quillt", erklärt Pirmin Ganter, Doktorand in der Gruppe von Bettina Lotsch am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung und am Department Chemie der Ludwig-Maximilians-Universität München. Diese Wasseraufnahme verändert auch die Eigenschaften des Materials. So nimmt mit der Anzahl der eingelagerten Wassermoleküle etwa die elektrische Leitfähigkeit zu. Diese kann somit als Maß für die umgebende Feuchtigkeit dienen.

Dieses Verhalten ist prinzipiell bekannt und charakteristisch für sogenannte photonische Kristalle. Noch nie zuvor allerdings hatten Forscher eine so starke Farbänderung beobachtet wie jetzt in Stuttgart. "Die Farbe der Nanostruktur schlägt bei der Annäherung eines Fingers beispielsweise von Blau nach Rot um. Somit lässt sich die Farbe abhängig von der Menge des aufgenommenen Wasserdampfs durch das gesamte sichtbare Spektrum durchstimmen", betont Bettina Lotsch.

Der neue Ansatz der Forscher besticht aber nicht nur durch seinen deutlichen Farbumschlag. Wichtig ist auch, dass das Material binnen weniger Millisekunden auf die Feuchtigkeitsänderung ansprach – und damit vergleichsweise schnell. Bei früher untersuchten Materialien waren Ansprechzeiten von etlichen Sekunden oder mehr üblich. Viel zu langsam also für den Einsatz in der Praxis. Und noch etwas kommt hinzu, das frühere Materialien nicht immer erfüllten: Die Sandwich-Struktur aus Antimon-Phosphat und den Oxid-Nanopartikeln erweist sich als chemisch äußerst stabil und spricht selektiv auf Wasserdampf an.

Die Forscher können sich ihre Materialien nicht nur in künftigen Generationen von Smartphones, Tablets oder Notebooks vorstellen. "Vielerorts wo Menschen derzeit Displays berühren müssen, um zu navigieren, sind schließlich auch berührungslos arbeitende Bildschirme denkbar", so Bettina Lotsch. Etwa an Bank- oder Fahrkartenautomaten oder auch an der Gemüsewaage im Supermarkt. Gerade bei Displays im öffentlichen Raum, die von vielen Menschen genutzt werden, hätte eine berührungslose Variante klar hygienische Vorteile.

COMPAMED.de; Quelle: Max-Planck-Institut für Festkörperforschung

Mehr über die Potenziale des Touchless-Screens unter: www.fkf.mpg.de