Transparente Elektronik drucken Tinte aus Golddrähten für biegsame Touch-Displays

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

Gedruckte Elektronik, biegsam, transparent und leitfähig: Daran arbeiten Wissenschaftler des INM – Leibnitz-Institut für druckbare Elektronik. Zum Einsatz kommen Gitter aus leitenden Golddrähten.

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Leiterbahnen sollen künftig mit Tinte aus Golddrähten gedruckt werden. Damit werden sie flexibel und es lassen sich biegsame Touch-Displays oder Elektronik für smarte Textilien herstellen.
Leiterbahnen sollen künftig mit Tinte aus Golddrähten gedruckt werden. Damit werden sie flexibel und es lassen sich biegsame Touch-Displays oder Elektronik für smarte Textilien herstellen.
(Bild: Pixabay)

Die Elektronik von Touch-Displays, Bildschirmen oder Solarzellen muss sowohl transparent als auch leitfähig sein. Ein weiterer Wunsch ist, dass Elektronik auch biegsam ist, damit man sie für smarte Textilien verwenden kann. Daran arbeiten Wissenschaftler des INM – Leibnitz-Institut für druckbare Elektronik. In einem Vorversuch testeten sie das so genannte Nano-Druck-Verfahren, im englischen Nanoimprint.

„Damit lässt sich ein biegsames Gitter feiner, leitender Golddrähte herstellen; sie entstehen aus einer flüssigen Tinte, die per Stempel aufgetragen und strukturiert wird“, fasst Indra Backes das Prinzip zusammen. In ihrer Masterarbeit im Fach Materialchemie hat sich die 27-jährige Saarländerin am INM damit befasst, dieses Verfahren zu verbessern und auch auf größeren Flächen anzuwenden.

Tinte mit Gold-Nano-Drähten

Gängige Touchscreens von Smartphones bestehen aus einer leitfähigen, transparenten Keramik-Schicht. „Unser Material entsteht dagegen aus einer Tinte, die Gold-Nano-Drähte enthält“, erklärt die junge Chemikerin. Diese sind mehrere Mikrometer lang und mit einem Durchmesser von weniger als zwei Nanometern hauchzart. Die Tinte werde „aktive Tinte“ genannt, weil sich die Golddrähte, sobald das Lösungsmittel verdampft, auf der Unterlage zu stabilen Bündeln anordnen – ähnlich einem Wollfaden, der aus einzelnen Garnen besteht.

Aufgetragen werden sie mit einem elastischen Kunststoff-Stempel, der aus flüssigen Materialien hergestellt wird, die beim Trocknen aushärten. Indra Backes hat verschiedene Polyurethane und Silikone hinsichtlich ihrer Eignung als Stempel untersucht. Und auch die Unterlage hat sie ausgetestet und dabei mit Glas und Folie experimentiert. Am Ende konnte sie zeigen, dass das Verfahren auch auf Folie funktioniert.

Doch wie entsteht das Goldgitter? „Die Stempel-Oberfläche weist Mikrostrukturen auf – winzige Kanäle, die ein Muster bilden. Wird ein Tinten-Tropfen auf eine Unterlage aufgebracht und dann der Stempel aufgedrückt, so läuft die Tinte in die kleinen Kanäle, und die Goldpartikel ordnen sich zu Bündeln, also kleinen Leiterbahnen, während das Lösungsmittel verdampft“, erklärt Indra Backes.

Das Ergebnis sind feine Golddrähte, die auf dem Untergrund je nach Stempel verschiedene Geometrien bilden, sich beispielsweise in einem Schachbrett- oder Honigwabenmuster anordnen. Damit lassen sich verschiedene optoelektronische Geräte wie Displays oder Solarzellen herstellen. So sei für Solarzellen eine gute Leitfähigkeit wichtiger als eine hohe Transparenz, die für Smartphone-Displays entscheidend sei.

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