Universität des Saarlandes
Biegsame Elektronik für smarte Anwendungen
Für Wearables, Touchscreens oder Solarzellen muss deren Elektronik biegsam, transparent und leitfähig sein. Forscher der Uni d. Saarlandes haben hierfür eine Golddrähte enthaltende »Nano-Tinte« entwickelt, die druckbar ist. Während des Druckens verbinden sich die dünnen Golddrähte zu Leiterbahnen.
Zu diesem »Nanoimprint« genannten Druckverfahren, das die Master—Absolventin Indra Backes entscheidend voran brachte, erklärt diese: »Damit lässt sich ein biegsames Gitter feiner, leitender Golddrähte herstellen; sie entstehen aus einer flüssigen Tinte, die per Stempel aufgetragen und strukturiert wird.« 2016 erhielt sie für ihr Verfahren den Preis der Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Universität des Saarlandes für den besten Masterabschluss.
Bislang bestehen Smartphone-Touchscreens aus einer transparenten, leitfähigen Keramikschicht. Die »Nano-Tinte« aus dem Saarland enthält hingegen wenige Mikrometer lange Gold-Drähte mit nur 2 Mikrometer Durchmesser. Ein schnell aushärtender, aus flüssigen Materialien hergestellter Kunststoff-Stempel wird zum Auftragen der Nano-Tinte genutzt. Diese beinhaltet Lösungsmittel, nach deren Verdampfen sich die Golddrähte zu stabilen Bündeln anordnen, auch und vor allem auf biegsamer Folie, hat Indra Backes herausgefunden.
Damit sich Goldgitter bilden, weist die Stempel-Oberfläche »Mikrostrukturen auf – winzige Kanäle, die ein Muster bilden«, sagt Frau Backes. Wird ein Tropfen der »aktiven Tinte« auf einem Untergrund appliziert und ein Stempel mit Honigwaben- oder Schachbrettmuster aufgebracht , ordnen sich die Goldfäden entsprechend der Mikrostrukturen an und »bilden ein leitfähiges Goldnetz.
»Je nach Anwendung lässt sich mit der Anordnung der Goldfäden im Gitter sowie der Dicke der Drähte spielen«, sagt sie. So ist für Solarzellen eine gute Leitfähigkeit wichtiger als eine hohe Transparenz, die für Smartphone-Displays entscheidend sei.
Als Stempelmaterial wird zur Zeit das Silikon Polydimethylsiloxan (PDMS) favorisiert, weil sich mit ihm winzigste Strukturen abbilden lassen und das Lösungsmittel der Tinte besonders gut entweicht »Damit ist erstmals die Herstellung eines 3,5 mal 7 Zentimeter großen Stempels gelungen«, so Backes. Erste Erprobungen zur Automatisierung des Verfahrens hat sie bereits durchgeführt.
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