Selbstorganisierende Nano-Tinten bilden leitfähige und transparente Gitter

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.

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. Danach wird der Stempel entfernt. Im letzten Schritt werden die Liganden, die die Nanofäden in der Tinte stabilisierten, mit Plasma zerstört. Dadurch verdichten sich die Bündel zu leitfähigen Drähten. Als Ergebnis entsteht ein transparentes, leitfähiges Gitter. Je nach Geometrie des Stempels lassen sich mit dieser einfachen Methode beliebige Nano- und Mikrogitter prägen, so Tobias Kraus vom INM, Leiter des Programmbereichs Strukturbildung.

Zusätzlich ist die Dicke der gewählten Gitterstruktur direkt über die Goldkonzentration steuerbar. Es genügen sehr kleine Goldmengen, um ein leitfähiges Gitter zu erzeugen. Man benötigt weit weniger Gold als bei Tinten mit kugelförmigen Gold-Partikeln. So kann man die Vorteile von Gold auch für transparent-flexible Elektronik nutzen.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Kombination Selbstorganisation von Gold mit Stempeldruck neue Verfahren für transparente, leitfähige Materialien eröffnet. Dieses Grundprinzip wollen die Wissenschaftler mit weiteren Untersuchungen auch auf andere Metalle übertragen.

Originalpublikation

Maurer, Johannes H. M., González-García, Lola, Reiser, Beate, Kanelidis, Ioannis, Kraus, Tobias, Templated self-assembly of ultrathin gold nanowires by nanoimprinting for transparent flexible electronics, Nano Letters, http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b04319

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