Biobasierte Spintronik - Nachhaltige Magnetfeldsensoren aus dem Drucker

News / 28. Mai 2026

Magnetfeldsensoren stecken in Autos, Smartphones oder Sicherheitssystemen. Doch viele dieser Bauteile bestehen aus für Gesundheit und Umwelt problematischen Materialien und werden aufwendig produziert. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) stellt nun in der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-026-71077-9) eine nachhaltige Alternative vor: gedruckte Sensoren aus Eisen, Eisenoxid und biobasierten Materialien wie Zellulose oder Stärke. Sie messen Magnetfelder zuverlässig, lassen sich ressourcenschonend herstellen und sollen nach ihrem Einsatz kontrolliert abgebaut oder recycelt werden können.

Eisen, Zellulose, und Bienenwachs: Ein internationales Forschungsteam am HZDR zeigt, dass diese umweltfreundlichen Inhaltsstoffe völlig ausreichen, um neuartige Magnetfeldsensoren zu realisieren. Statt auf klassische Herstellungsverfahren setzt das Team dabei auf biobasierte Tinten und industrielle Drucktechnologien. Magnetfeldsensoren gehören heute zu den unsichtbaren Massenprodukten der Elektronikindustrie. Sie messen Bewegungen, Positionen oder Abstände und stecken in Fensterkontakten, Lenkrädern, Festplatten, Verpackungen oder Smartphones. Milliarden dieser Bauteile werden jedes Jahr produziert. „Viele dieser Sensoren enthalten Materialien wie Nickel oder Kobalt“, sagt Dr. Denys Makarov, Leiter der Abteilung Intelligente Materialien und Funktionselemente am Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung des HZDR. „Das sind Stoffe, die problematisch für Umwelt und Gesundheit sein können, wenn sie nicht sachgerecht entsorgt werden.“ Gleichzeitig erfordere ihre Herstellung oft energieintensive Prozesse und komplexe Fertigungsschritte.

Die Entwicklung nachhaltiger Sensoren ist technisch anspruchsvoll. Eisen gilt zwar als gut verfügbar und biologisch verträglich, erreicht allein aber nicht die Empfindlichkeit vieler heutiger Magnetfeldsensoren. Das Forschungsteam kombinierte deshalb Eisen mit Eisenoxid und entwickelte spezielle Kern-Schale-Partikel, bei denen ein Eisenkern von einer dünnen Oxidschicht umgeben ist.

„Eisen oder Zellulose kennt die Menschheit seit Jahrhunderten“, sagt Lin Guo, der das Projekt im Rahmen seiner Dissertation umsetzt: „Die Herausforderung besteht darin, aus diesen nachhaltigen Materialien einen Sensor mit brauchbarer Leistung zu entwickeln.“ Die genaue Zusammensetzung und Verarbeitung der Partikel sei dabei entscheidend gewesen. Die gedruckten Sensoren erreichen nach Angaben des Teams Empfindlichkeiten, die in bestimmten Einsatzbereichen mit heutigen kommerziellen Lösungen vergleichbar sind.

Produziert werden die Sensoren per Siebdruck, einem Verfahren, das eher aus der Textilindustrie bekannt ist. Statt Materialien an nicht benötigten Stellen abzutragen, wird die Sensorschicht dabei gezielt aufgebracht. „Wir drucken Sensoren nur dort, wo wir sie brauchen“, erklärt Makarov. Das spare nicht nur Material, sondern auch Energie.

Vollständige Pressemitteilung – HZDR

Publikation:
L. Guo, R. Xu, P. T. Das, E. S. Oliveros-Mata, X. Peng, O. V. Pylypovskyi, R. Hübner, F. Ganss, X. Wang, Y. Li, S. Gepp, Y. Zabila, X. Bao, S. Li, Q. Zhang, I. Veremchuk, Ž. Janićijević, L. Baraban, C. Voigt, S. Mosch, O. Gutfleisch, R.-W. Li, D. Makarov: Eco-sustainable magnetoresistive sensors towards disposable magnetoelectronics, in Nature Communications, 2026 (DOI: 10.1038/s41467-026-71077-9)