Selbstorganisierende Nano-Tinten bilden leitfähige Gitter durch Stempeldruck
Forscher haben eine neue selbstorganisierende Nano-Tinte mit einem Stempeldruckverfahren kombiniert. Damit lassen sich druckbare Materialien herstellen, die transparent sind und deren Leitfähigkeit auch bei Verformung hoch bleibt.
Transparente Elektronik findet sich heute zum Beispiel in Dünnschicht-Displays, Solarzellen und Touchscreens. Zunehmend ist Elektronik auch auf biegsamen Oberflächen von Interesse. Das erfordert druckbare Materialien, die transparent sind und deren Leitfähigkeit auch bei Verformung hoch bleibt. Dafür haben Forscher des INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien eine neue selbstorganisierende Nano-Tinte mit einem Stempeldruckverfahren kombiniert. Damit stellten sie Gitterstrukturen her, deren Strukturbreiten unter einem Mikrometer liegen.
Nanofäden folgen Strukturen des Stempels
Für den Druck der Gitter wird die Tinte, die Gold-Nanofäden enthält, flächig auf einen Untergrund aufgebracht. Darauf wird ein vorstrukturierter Stempel gepresst, der die Tinte in ein Muster zwängt. „Die Nanofäden folgen dann den Strukturen des Stempels. Dies gelingt, weil die Fäden sehr dünn und deshalb beweglich sind. Beim Trocknen bilden die einzelnen Fäden dann durch Selbstorganisation größere, definierte Bündel, die miteinander verwoben sind und das spätere Gitter bilden“, erklärt Tobias Kraus vom INM. Danach werde der Stempel entfernt. Im letzten Schritt würden die Liganden, die die Nanofäden in der Tinte stabilisierten, mit Plasma zerstört. „Dadurch verdichten sich die Bündel zu leitfähigen Drähten. Als Ergebnis erhalten wir ein transparentes, leitfähiges Gitter. Je nach Geometrie des Stempels lassen sich mit dieser einfachen Methode beliebige Nano- und Mikrogitter prägen“, fasst der Leiter des Programmbereichs Strukturbildung die Ergebnisse zusammen.
Dicke über Goldkonzentration steuern
Zusätzlich sei die Dicke der gewählten Gitterstruktur direkt über die Goldkonzentration steuerbar: „Es genügen sehr kleine Goldmengen, um ein leitfähiges Gitter zu erzeugen. Wir benötigen weit weniger Gold als bei Tinten mit kugelförmigen Gold-Partikeln“, meint Kraus. So könne man die Vorteile von Gold auch für transparent-flexible Elektronik nutzen. „Mit unseren Ergebnissen konnten wir zeigen, dass die Kombination Selbstorganisation von Gold mit Stempeldruck neue Verfahren für transparente, leitfähige Materialien eröffnet. Dieses Grundprinzip wollen wir mit weiteren Untersuchungen auch auf andere Metalle übertragen“, sagt Kraus.