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Günstige Kunststoff-Halbleiter durch Dehydrierung

Redakteur: Julia Schmidt

Kanadische Forscher haben eine Methode gefunden, mit der Halbleiter aus Kunststoff kostengünstig, nachhaltig und flexibel hergestellt werden können.

„ Unsere Methode wird den gesamten Prozess von der Entdeckung neuer Derivate bis zur kommerziellen Produktentwicklung rationalisieren." Professor Derek Schipper und sein Team der University of Waterloo in Kanada haben eine neue Methode entwickelt, konjugierte Polymere herzustellen.
„ Unsere Methode wird den gesamten Prozess von der Entdeckung neuer Derivate bis zur kommerziellen Produktentwicklung rationalisieren." Professor Derek Schipper und sein Team der University of Waterloo in Kanada haben eine neue Methode entwickelt, konjugierte Polymere herzustellen.
(Bild: uwaterloo.ca)

Professor Derek Schipper und sein Team der University of Waterloo in Kanada haben einen Weg entwickelt, um konjugierte Polymere durch eine einfache Dehydrierungsreaktion, deren einziges Nebenprodukt Wasser ist, herzustellen. Konjugierte Polymere sind Kunststoffe, die Elektrizität wie Metalle leiten. „Die Natur nutzt diese Reaktion seit Milliarden von Jahren und die Industrie seit mehr als hundert Jahren“, sagt Schipper, Professor für Chemie und Lehrstuhl für Organische Materialsynthese. „Es ist eine der billigsten und umweltfreundlichsten Reaktionen zur Herstellung von Kunststoffen.“

Schipper und sein Team haben diese Reaktion erfolgreich eingesetzt, um so genannte Poly(hetero)arene herzustellen, eine der am besten untersuchten Klassen von konjugierten Polymeren, die zur Herstellung leichter und kostengünstiger Elektronik wie Solarzellen, LED-Displays sowie chemischer und biochemischer Sensoren verwendet werden.

Durch Dehydrierung entstehen in der Natur komplexe Zucker

Dehydrierung ist eine gängige Methode zur Herstellung von Polymeren, einer Kette von sich wiederholenden Molekülen oder Monomeren, die sich wie die Abteile eines Zuges aneinander gereiht sind. In der Natur entstehen durch Dehydrierung aus Glukose, Proteinen und anderen biologischen Bausteinen wie Zellulose komplexe Zucker. Die Kunststoffhersteller verwenden die Reaktion, um alles von Nylon bis Polyester nicht nur kostengünstig, sondern auch in unglaublichen Mengen herzustellen.

„Die Synthese ist in diesem Bereich seit langem ein Problem“, sagt Schipper. „Eine Dehydratisierungsmethode wie unsere wird den gesamten Prozess von der Entdeckung neuer Derivate bis zur kommerziellen Produktentwicklung rationalisieren. Besser noch, die Reaktion verläuft relativ schnell und bei Raumtemperatur.“

Bislang teuer und schwer herzustellen

Konjugierte Polymere wurden von Alan Heeger, Alan McDonald und Hideki Shirakawa Ende der 1970er Jahre entdeckt. Die Forscher erhielten schließlich im Jahr 2000 für diese Entdeckung den Nobelpreis für Chemie. Forscher und Ingenieure haben seit dem mehrere neue Polymerklassen entdeckt, die sich für unterschiedlichste kommerziellen Anwendungsgebiete eignen, darunter auch eine halbleitende Version des Materials. Aber der Fortschritt ist zum großen Teil ins Stocken geraten, weil konjugierte Polymere bislang schwer herzustellen sind. Die mehrstufigen Reaktionen sind oft mit teuren Katalysatoren verbunden und erzeugen umweltschädliche Abfallprodukte.

Schipper und sein Team arbeiten weiter an der Perfektionierung der neuen Technik und an der Entwicklung von Dehydrierungssynthesemethoden für andere Klassen von konjugierten Polymeren. Die Ergebnisse ihrer bisherigen Forschung sind in der Fachzeitschrift Chemistry - A European Journal erschienen.

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