Schaltkreise aus dem Füller, Bild: INM

Forscher am Leibnitz-Institut für Neue Materialien haben die Vorteile von organischen und anorganischen elektronischen Materialien in neuen Hybrid-Tinten vereint. Damit lassen sich Schaltkreise direkt aus dem Füller auf Papier auftragen. Bild: INM

Für ihre Hybrid-Tinten haben die Forscher Nanopartikel aus Metallen mit organischen, leitfähigen Kunststoffen umhüllt und in Mischungen aus Wasser und Alkohol feinst verteilt. Diese flüssigen Materialmischungen können direkt mit einem Füller auf Papier oder Folie aufgebracht werden und trocknen ohne weitere Bearbeitung zu elektrischen Schaltkreisen.

„Elektrisch leitende Kunststoff-Verbindungen werden beispielsweise in OLEDs verwendet, die auch auf biegsamen Unterlagen hergestellt werden können“, erklärt Tobias Kraus, Leiter der Forschungsgruppe Strukturbildung am INM. „Durch die Kombination mit Metall-Nanopartikeln vereinen wir mechanische Biegsamkeit mit der Robustheit eines Metalles und erhöhen gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit.“

Gold- und Silber-Nanopartikel

Die Entwickler kombinieren die organischen Polymere mit Gold- oder Silber-Nanopartikeln. Darin übernehmen die organischen Verbindungen drei Funktionen: „Einerseits sorgen die Verbindungen als Hülle um die Nanostäbchen dafür, dass die Nanopartikel im Flüssig-Gemisch feinst verteilt bleiben; ein Verklumpen von Partikeln würde beim Drucken stören. Gleichzeitig sorgen die organischen Hüllen 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 Kunststoff-Hülle wäre die elektrische Leitfähigkeit beim Biegen rasch verloren“, fährt der Materialwissenschaftler Kraus fort. Durch die Kombination beider Materialien sei die elektrische Leitfähigkeit beim Biegen deshalb insgesamt höher als bei einer Schicht rein aus leitfähigem Kunststoff oder einer Schicht rein aus Metall-Nanopartikeln.

„Metall-Nanopartikel mit Hüllen werden auch heute schon zu Elektronik verdruckt“, erläutert Kraus. Die Hüllen müssten aber meist durch Erhitzen entfernt werden, weil sie zwar die Anordnung der Nanopartikel steuern, aber nicht leitfähig sind. Das sei bei temperaturempfindlichen Trägermaterialien wie Papier oder Plastikfolien schwierig, da diese während des Erhitzens 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.

Ihre Ergebnisse und Möglichkeiten zeigen die Entwickler auf der diesjährigen Hannover Messe am Stand B46 in Halle 2.