Hybrid-Tinte für biegsame Elektronik

Biegsame Schalt­kreise auf Folien oder Papier können günstig durch Druck­verfahren herge­stellt werden und erlauben futuris­tische Designs mit gekrümm­ten Leucht- oder Eingabe­elementen. Das erfordert druckbare elek­tronische Materialien, die während der Verar­beitung keinen Schaden nehmen und deren Leit­fähigkeit trotz gebogener Ober­flächen hoch bleibt. Forscher am Leibniz-Institut für Neue Materia­lien haben Hybrid-Tinten entwickelt, mit denen sich Schalt­kreise direkt aus dem Füller zum Beispiel auf Papier oder Folie auftragen lassen. Sie sind nach dem Trocknen ohne weiteres Sintern einsatz­fähig.

In diesen Tinten kombi­nieren die Entwickler die Vorteile von Polymeren und metal­lischen Nano­partikeln: Gold- oder Silber-Nano­partikel werden mit orga­nischen, leit­fähigen Poly­meren umhüllt und in wässrig-alko­holische Suspensionen über­geführt. „Metall-Nano­partikel mit Liganden werden auch heute schon zu Elek­tronik verdruckt“, erläutert der Material­wissenschaftler Kraus. Die Hüllen müssten aber meist durch Sintern entfernt werden, weil sie zwar die Anordnung der Nano­partikel steuern, aber nicht leit­fähig sind. Das sei bei temperatur­empfind­lichen Träger­materialien wie Papier oder Polymer­folien schwierig, da diese während des Sinterns Schaden nähmen. „Unsere neuen Hybrid-Tinten sind sofort nach dem Ein­trocknen leit­fähig, mecha­nisch beson­ders flexibel und kommen ohne Sintern aus“, fasst Kraus die Ergeb­nisse seiner Forschung zusammen.

In den neuen Tinten übernehmen die orga­nischen Verbin­dungen drei Funktionen: „Einer­seits sorgen die Verbin­dungen als Liganden dafür, dass die Nano­partikel in der flüssigen Tinte suspen­diert bleiben; ein Verklumpen von Partikeln würde beim Drucken stören. Gleich­zeitig sorgen die orga­nischen Liganden dafür, dass sich die Nano­partikel beim Trocknen gut anordnen. Schließ­lich wirken die orga­nischen Verbin­dungen wie Scharniere: Biegt man das Material, erhalten sie die elek­trische Leit­fähigkeit aufrecht. In einer Lage von Metall­partikeln ohne die Polymer-Hülle wäre die elek­trische Leit­fähigkeit beim Biegen rasch verloren“, fährt der Kraus fort. Durch die Kombi­nation beider Materialien sei die elek­trische Leitfähig­keit beim Biegen deshalb insgesamt höher als bei einer Schicht rein aus leitfähigem Polymer oder einer Schicht rein aus Metall-Nano­partikeln.

INM / JOL