Kontrollierte Anordnung von Nanopartikeln

Strukturierte Schichten aus Nanopartikeln als transparente, leitfähige Materialien für Elektronik und Photonik / Bildquelle: Uwe Bellhäuser

Displays zum Aufrollen, preisgünstige Solarzellen für die Energiewende, futuristische Beleuchtungselemente in den eigenen vier Wänden - sie alle erfordern dünne Schichten mit ganz besonderen Eigenschaften. Wissenschaftler vom INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien erforschen jetzt im BMBF-Projekt NanoSPEKT neue Wege zu solchen Beschichtungen. Ziel der Forscher sind Schichten, die biegsam und durchsichtig sind und dabei gleichzeitig den elektrischen Strom besonders gut leiten. Dazu kombinieren sie anorganische Nanopartikel mit Kunststoffen und ordnen die Partikel darin gezielt an.

Als Ergebnis wünschen sich die Wissenschaftler partikelhaltige Tinten und Beschichtungsmethoden, die zu funktionellen Dünnschichten mit verbesserten Eigenschaften führen, aber dennoch kostengünstig hergestellt werden können. Heute herrscht bei der Struktur solcher Schichten meist der Zufall. Es bringt jedoch wenig, wenn mit großem Aufwand elektrisch leitende Partikel herstellt werden, die sich in der biegsamen Kunststoffschicht zufällig anordnen und dann gar nicht berühren. Denn durch den schlecht leitenden Kunststoff müssen die Elektronen tunneln – dadurch geht die elektrische Leitfähigkeit dann gerade wieder verloren, so Tobias Kraus, Leiter der Gruppe Strukturbildung auf kleinen Skalen. Deshalb arbeiten die Forscher daran, die Verteilung der Partikel in den Schichten besser zu steuern als bisher.

Dass sich solche Nanopartikel in Kunststoffe auch auf großen Flächen über einfache nasschemische Verfahren wie zum Beispiel Rolle-zu-Rolle-Methoden einbetten lassen, ist Stand der Technik. Auch die Wissenschaftler am INM werden bei ihren Untersuchungen auf ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren hinarbeiten, denn nur über diesen Weg ist eine kostengünstige Produktion im Großmaßstab gesichert. Die Forscher untersuchen, wie sich Produktionsprozesse auf die Nanopartikel im Verbund auswirken. Wenn die Wissenschaft es schafft, elektrisch leitfähige Nanopartikel sehr dicht aneinander zu packen, wird sich die elektrische Leitfähigkeit der gesamten Dünnschicht noch weiter erhöhen. Das erreiche man zum Beispiel durch sanftes Sintern der Partikel.

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