Schaltkreise aus dem Füller

Elektronische Strukturen sollen in Zukunft auf einfache Weise gedruckt werden können. Ob biegsame Schaltkreise auf Folien oder gekrümmten Leuchtflächen auf Papier, futuristische Designlösungen werden in wenigen Jahren mit konventionellen Drucktechniken preisgünstig umsetzbar sein.

Schaltkreise mit Hybrid-Tinte direkt aufs Blatt Papier

Um dies zu realisieren, kommt es vor allem auf die Entwicklung hochwertiger druckbarer Tinten und Pasten an, damit die elektronischen Systeme während der Verarbeitung keinen Schaden nehmen und deren Leitfähigkeit trotz gebogener Oberflächen erhalten bleibt.

Für die Entwicklung haben Forscher am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien die Vorteile organischer Polymere und anorganischer Metallpartikel in Hybrid-Tinten kombiniert. Nanopartikel aus Metallen wurden mit organischen, leitfähigen Polymeren umhüllt und in Mischungen aus Wasser und Alkohol suspendiert.

Ergebnisse der Forschungsarbeiten sind eine Reihe von Suspensionen zur Realisierung elektrischer Schaltkreise, die sich direkt mit einem Füller auf Papier oder Folie aufgebracht werden können und ohne weitere Bearbeitung dort trocknen.

„Elektrisch leitende Polymere werden beispielsweise in OLED verwendet, die auf flexiblen Substraten hergestellt werden können“, erklärt Tobias Kraus, Leiter der Forschungsgruppe Strukturbildung am INM. „Durch die Kombination mit Metall-Nanopartikeln vereinen wir mechanische Flexibilität mit der Robustheit eines Metalles und erhöhen gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit.“

Die organischen Verbindungen wirken dabei wie Scharniere. Wird das Material gebogen, erhalten sie die elektrische Leitfähigkeit aufrecht. In einer Lage von Metallpartikeln ohne die Polymer-Hülle wäre die elektrische Leitfähigkeit beim Biegen schnell verloren gegangen.

Nach Aussagen der Wissenschaftler ist durch Kombination beider Materialien die elektrische Leitfähigkeit beim Biegen insgesamt höher als bei Schichten, die entweder aus dem reinen leitfähigen Polymer oder einer Schicht mit Metall-Nanopartikeln bestehen.

„Metall-Nanopartikel mit so genannten Liganden werden auch heute schon zu Elektronik verdruckt“, erläutert der Physikochemiker Kraus. Die Hüllen müssten aber meist durch Sintern entfernt werden, weil sie zwar die Anordnung der Nanopartikel steuern, aber nicht leitfähig sind. Das sei bei temperaturempfindlichen Trägermaterialien wie Papier oder Polymerfolien schwierig, da diese während des Sinterns Schaden nehmen würden.

„Unsere neuen Hybrid-Tinten sind sofort nach dem Eintrocknen leitfähig, mechanisch besonders flexibel und kommen ohne Sintern aus“, fasst Kraus die Ergebnisse seiner Forschung zusammen.

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