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Flexible Leuchtelemente drei Atomlagen dick

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Ein aus Wolframdisulfid gezüchtetes Leuchtelement ist gerade einmal drei Atomlagen dick. Die anorganische Schicht ist kaum anfällig gegenüber Wasser oder Sauerstoff. Die 2D-Leuchtelemente lassen sich auch als Sensor einsetzen.

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Folie mit einer Kantenlänge von einem Zentimeter mit vier Lichtemittern; das Inset zeigt einen davon in Betrieb.
Folie mit einer Kantenlänge von einem Zentimeter mit vier Lichtemittern; das Inset zeigt einen davon in Betrieb.
(Bild: Andrzejewski et al., Advanced Optical Materials 2020, 2000694)

Forscher des Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) und Kooperationspartner haben eine hauchdünne Leuchtschicht entwickelt: Die Schicht ist nur drei Atomlagen stark und besteht aus Wolframdisulfid. Sie leuchtet, ist flexibel und zudem stabil gegenüber äußeren Einflüssen. Würde man 80.000 von ihnen übereinander legen, wäre der Stapel nur so hoch wie ein flachliegendes Blatt Papier.

Die Leuchtschicht wächst auf einer Unterlage aus Saphir, wird anschließend behutsam mithilfe eines Lackes abgehoben, auf die Trägerfolie übertragen und der Lack aufgelöst. In groben Zügen ist das der Herstellungsprozess, über den die Projektpartner der UDE, der RWTH Aachen und der Firma Aixtron ganze Bauelemente aus dem zweidimensionalen Material entwickelt haben. Die Methode lässt sich mit dem gleichen Material und derselben Bauelementarchitektur auf weitaus größere Flächen skalieren – das macht sie industriell interessant.

Sauerstoff und Feuchtigkeit sind kein Problem

Unter der Leitung von UDE-Prof. Gerd Bacher entstanden so Leuchtelemente, welche die Vorteile verschiedener Bauelementkonzepte verbinden: Die anorganische Schicht aus Wolframdisulfid ist wenig anfällig gegenüber schädlichen Umgebungseinflüssen wie Sauerstoff oder Feuchtigkeit und zudem langzeitstabil. Durch die flexible Bauweise passt sich die Struktur jeder Form an. Doch die Flexibilität birgt noch einen weiteren Vorteil: Biegt man die Folie, verzerrt sich das Kristallgitter der leuchtenden Schicht und die Wellenlänge des ausgesandten Lichts – und damit die Lichtfarbe – verändert sich. Diese Änderung ist zwar mit dem bloßen Auge nicht sichtbar, aber mit Messgeräten leicht zu erfassen.

Die Leuchtschicht macht die Elemente beispielsweise auch interessant als Sensoren. „Etwas weiter gesponnen könnten wir uns etwa vorstellen, dass sie eingesetzt werden, um Verformungen oder Verbiegungen zu erkennen“, berichtet Dr. Tilmar Kümmell aus der Arbeitsgruppe Bacher. Auf der anderen Seite ließe sich durch die präzise Biegung der Folie auch eine bestimmte Wellenlänge für das ausgestrahlte Licht einstellen.

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