Hamburger Forscher entwickelten das neue 3D-Druck-taugliche Verfahren, mit dem sie transparente und mechanisch flexible elektronische Schaltkreise produzieren. „Mit unserem neuartigen Ansatz wollen wir Elektronik in vorhandene strukturelle Einheiten integrieren und platz- wie gewichtssparend Komponenten intelligenter machen,“ erklärt Michael Rübhausen, Physikprofessor der Universität Hamburg am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL). Das CFEL ist eine Kooperation zwischen Desy, der Universität Hamburg und der Max-Planck-Gesellschaft.
Rübhausen hat das Projekt gemeinsam mit Desy-Forscher Stephan Roth geleitet, der Professor an der Königlich-Technischen Hochschule in Stockholm ist. Mit dem hellen Röntgenlicht von Desys Forschungslichtquelle Petra III und anderen Messmethoden hat das Team die Eigenschaften der Nanodrähte im Polymer genau analysiert.
Herzstück der Technik sind Silber-Nanodrähte
„Herzstück der Technik sind Silber-Nanodrähte, die ein leitendes Geflecht bilden“, erläutert Tomke Glier von der Universität Hamburg. Die Silberdrähte sind typischerweise einige 10 nm dick und 10 bis 20 µm lang. Die detaillierte Röntgenanalyse zeigt dabei, dass die Struktur der Nanodrähte im Polymer nicht verändert wird, sondern sich die Leitfähigkeit des Geflechts dank der Kompression durch das Polymer sogar verbessert, da sich das Polymer im Laufe des Aushärtungsprozesses zusammenzieht.
Verschiedene elektronische Bauteile möglich
Die Silbernanodrähte werden in einer Suspension auf ein Substrat aufgebracht und getrocknet. „Aus Kostengründen will man mit möglichst wenig Nanodrähten eine möglichst hohe Leitfähigkeit erreichen. Außerdem erhöht man dadurch die Transparenz des Materials“, erläutert Roth, Leiter der Messstation P03 an der Röntgenlichtquelle Petra III, wo die Röntgenuntersuchungen stattfanden. „So lässt sich Schicht für Schicht eine Leiterbahn oder eine leitende Fläche herstellen.“ Auf die Leiterbahnen wird ein flexibles Polymer aufgetragen, auf das wiederum Leiterbahnen und Kontakte gebracht werden können. Je nach Geometrie und verwendetem Material lassen sich so verschiedene elektronische Bauteile drucken.
Biegsamer Kondensator
In der vorliegenden Arbeit produzierten die Forscher einen biegsamen Kondensator. In einem nächsten Schritt wollen sie nun überprüfen, wie sich die Struktur der Leiterbahnen aus Nanodrähten unter mechanischer Belastung ändert. „Wie gut hält das Drahtgeflecht beim Biegen zusammen? Wie stabil bleibt das Polymer?“, nennt Roth typische Fragestellungen.
http://dx.doi.org/10.1038/s41598–019–42841–3
