25.03.2009

Durchsichtiges Papier

Physik Journal - Papier aus nanometergroßen Zellulosefasern ist transparent und eignet sich als Träger für elektronische Schaltungen



Physik Journal - Papier aus nanometergroßen Zellulosefasern ist transparent und eignet sich als Träger für elektronische Schaltungen.

Glas ist wegen seiner geringen Temperaturausdehnung ein geeigneter Trägerwerkstoff für elektronische Geräte. Da es aber zerbrechlich ist, suchen Wissenschaftler nach Alternativen und haben dazu vor allem Kunststoffe erforscht. Leider haben diese einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizient - vor allem wenn sie elastisch sind. Eine Arbeitsgruppe der Universität Kyoto um Hiroyuki Yano hat in Zellulosefasern eine interessante Alternative gefunden.


Abb.: Optisch durchsichtiges Nanopapier (links) besteht aus 15 nm dünnen Zellulosefasern, in gewöhnlichem Papier (rechts) sind die Fasern 30 µm dick. (Bild: Adv. Mat.)


Die Japaner nutzen als Ausgangsmaterial dieselbe Zellulose, aus der Papiermühlen ihre Erzeugnisse fertigen. Allerdings bearbeiten sie die mikrometergroßen Fasern in einem ausgeklügelten Prozess so, dass nur noch Fasern mit 15 bis 20 nm Durchmesser übrig bleiben. Diese Nanofasern bestehen aus bündelförmigen Fibrillen, die höchstens 4 nm Durchmesser haben. Aufgrund der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Zellulosemolekülen bilden sich kristalline Domänen aus. Papier aus diesen Nanofasern hat einen ähnlich geringen Wärmeausdehnungskoeffizient wie Quarz und ist fünfmal fester als Weichstahl. Wärme überträgt es ähnlich gut wie Glas.

Mehr noch: Da die Nanofasern im Papier dicht an dicht liegen, streuen sie kaum Licht - das Papier wird transparent. Das aus ihnen gepresste Rohpapier ist zunächst etwas lichtdurchlässig, aber durch eine Politur mit Schleifpapier steigt die Transparenz bis über 70 Prozent bei 600 nm Wellenlänge. Den Wissenschaftlern gelang es, die glatte Oberfläche auch auf andere Weise herzustellen, z. B. indem sie optisch transparente Kunststoffschichten auf das Papier laminierten oder durch Bedrucken mit einer geeigneten Tinte. Auch die Beschichtung mit transparenten leitfähigen anorganischen Materialien wie Indiumzinnoxid ist machbar. Manche Verfahren liefern zudem eine Schicht, die das Nanofaserpapier vor Feuchtigkeit schützt.

Michael Vogel
Quelle: Physik Journal, April 2009, S. 14 


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