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29.09.2016

Polymere für gedruckte Elektronik

Leitfähige Kunststoffe

Bei der Suche nach n-leitenden Polymeren für gedruckte Elektronik ist das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) einen großen Schritt weiter gekommen. Den Dresdner Forschern ist es gelungen, ein im Jahr 2015 synthetisiertes n-leitendes Polymer so zu modifizieren, dass es sich als Paste verarbeiten und 3-dimensional drucken lässt.

Leitfähige Kunststoffe, für viele ist dies erst einmal ein Paradoxon, vor allem wenn man an jene Kunststoffe denkt, die uns tagtäglich umgeben. Dabei finden leitfähige Polymere bereits in verschiedenen technologischen Bereichen Anwendung, wie beispielsweise in Batterien, LCD-Bildschirmen, Transistoren, Solarzellen etc. Tatsächlich ist seit den 80er-Jahren bekannt, dass die elektrische Leitfähigkeit von Polymeren bis an die Größenordnung von Metallen heranreichen kann.

Gedruckter TEG (thermoelektrischer Generator) aus p- und n-leitendem Polymer und Silberkontaktierung
(© Fraunhofer IWS Dresden)

Gedruckter TEG (thermoelektrischer Generator) aus p- und n-leitendem Polymer und Silberkontaktierung
(© Fraunhofer IWS Dresden)

Der wesentliche Unterschied zwischen Polymeren und Metallen besteht in dem für die Stromleitung verantwortlichen Ladungsträger. Während in Metallen Elektronen, also negative Ladungsträger, den Stromfluss ermöglichen, sind in kommerziell verfügbaren elektrisch leitenden Polymeren Ladungsträger mit positiver Elementarladung (zum Beispiel PEDOT:PSS) für die elektrische Leitung verantwortlich. Man spricht somit von p-Leitung.

Suche nach n-leitendem Polymer

Für den Aufbau von kompletten elektronischen Bauteilen wird jedoch neben p-leitendem auch n-leitendes Material benötigt. N-leitende Polymere stellen dabei in vielen technischen Anwendungen das Nadelöhr dar. Die elektrische Leitfähigkeit ist oft relativ niedrig und sowohl die strukturelle Integrität als auch die elektrischen Eigenschaften leiden unter Umwelteinflüssen. 2015 war es den IWS-Forschern der Gruppe "Drucken" jedoch gelungen, ein n-leitfähiges Polymer mit einer um eine Größenordnung verbesserten Leitfähigkeit zu synthetisieren.

Einer Anwendung des n-leitenden Polymers stand allerdings noch eine weitere Herausforderung im Weg. Wie auch das p-leitende Vorbild PEDOT:PSS war das am IWS entwickelte Polymer nahezu unlöslich in allen bekannten Lösungsmitteln. Nun wurde auch diese Herausforderung gemeistert. Erstmals wurde ein aus p- und n-leitenden Polymeren bestehender thermoelektrischer Generator (also ein Bauelement, das aus Temperaturunterschieden elektrische Leistung generiert) aufgebaut und getestet.

Dieser Artikel ist zuerst bei ZuliefererMarkt.de erschienen.

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