Nanorinnen für durchsichtige Elektroden

Nahezu jede Elektrode auf der Vorderseite eines Displays nutzt heute das leitfähige und transparente Material Indiumzinnoxid. Für roll- oder gar faltbare Monitore ist dieser brüchige Werkstoff allerdings kaum geeignet. Eine mögliche Alternative fanden nun Wissenschaftler von der Stanford University in filigranen Netzwerken aus Nanorinnen. Diese zeigten in ersten Versuchen neben hoher Transparenz eine gute Flexibilität und geringe Werte für den elektrischen Flächenwiderstand.

Auf der Suche nach biegsamen und durchsichtigen Elektrodenflächen wurden bisher bereits Prototypen auf der Basis von Graphen oder Nanoröhrchen aus Kohlenstoff gefertigt. Doch erreichten diese Module nicht die große elektrische Leitfähigkeit der etablierten Elektroden aus Indiumzinnoxid (ITO). Die nun von Hui Wu und seinen Kollegen am Department of Materials Science and Engineering in Stanford gefertigten Nanonetzwerke dagegen zeigten mit Flächenwiderständen von wenigen Ohm mit ITO-Elektroden vergleichbare Werte.

Für ihre neuartigen Schichten spritzten Wu und Kollegen zuerst bis zu einen Millimeter lange Nanofasern aus Kunststoff (Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon) aus einer extrem feinen Düse ungeordnet vernetzt auf eine Oberfläche. Diese Nanofasern beschichteten sie mit verschiedenen, elektrisch leitfähigen Substanzen wie Kupfer, Silber, Gold, Aluminium oder Nickel. Da die Trägerfasern aus einem wasserlöslichen Kunststoff bestanden, konnten sie danach leicht abgelöst werden und ein feines Netzwerk aus den jeweils verwendeten Metallen blieb zurück. Dieses konnte als durchsichtige Elektrode auf verschiedene Materialien wie Papier oder Polymerschichten deponiert werden.

Alle so erzeugten Netzwerke aus Nanorinnen mit Durchmessern von einigen hundert Nanometern waren für ein breites Spektralfenster zwischen 300 und 2000 Nanometern Wellenlänge weitgehend durchsichtig. Die besten Werte erzielten die Forscher mit Netzwerken aus günstigem Kupfer, die Transmissionsraten von bis zu 97 Prozent besaßen. Auf Papier oder flexible Polymerschichten deponiert, überprüften sie die Biegsamkeit der Elektrode. Die Module ließen sich sowohl rollen als auch falten ohne nennenswerte Schäden zu zeigen. Selbst eng zerknüllt stieg der elektrische Widerstand eines „leitfähigen Papiers“ nur von 73 auf 131 Ohm an.

Bis zu einem kommerziellen Einsatz für Displays von Ebooks oder Smartphones wird es allerdings noch etwas dauern. Zuvor müssten die Forscher ihr Verfahren für die Fertigung größerer Flächen mit hoher Ausbeute optimieren. Dennoch bilden diese transparenten und relativ stabilen Netzwerke aus metallischen Nanorinnen einen viel versprechenden Ansatz, um das bisher verwendete Indiumzinnoxid für durchsichtige Display-Elektroden ersetzen zu können. Sollte die weitere Entwicklung erfolgreich verlaufen, könnten die schon lang angekündigten rollbaren Displays in einigen Jahren in Ebooks, die sich wie eine Zeitung aus Papier biegen und falten lassen, eingebaut werden.

Jan Oliver Löfken

PH