Physiker Laserdruck leitender Polymerschaltungen

Leitfähige Polymere sind stromführende Kunststoffe. Dies ist eine aufkommende Technologie, die sich allmählich auf Bereiche wie Photovoltaik und Leiterplatten bis hin zu Batterien und biologischen Sensoren auswirkt.

Die Vorteile von Kunststoffleitern sind vielfältig. Sie sind günstig, flexibel und leicht. Sie sind auch einfach herzustellen und zu nützlichen Schaltungen zu formen. Zumindest theoretisch.

In der Praxis weisen die meisten Herstellungstechniken subtile Nachteile auf, die nicht leicht zu überwinden sind. Beispielsweise beginnen diese Techniken im Allgemeinen mit dem Polymer in flüssiger Form. Anschließend wird es auf ein Substrat aufgesprüht, aufgeschleudert oder inkjetbeschichtet.



Das Problem bei flüssigen Polymeren ist, dass sie ein Lösungsmittel benötigen und dies dazu führen kann, dass sich die darunter liegende Schicht auflöst, wenn es sich beispielsweise um ein anderes Polymer handelt.

Lösungsmittel führen auch zu anderen Problemen wie dem Kaffeeringeffekt, bei dem Polymere dazu neigen, sich beim Trocknen am Rand eines Tröpfchens zu konzentrieren.

Heute demonstrieren Maria Kandyla von der Nationalen Technischen Universität Athen in Griechenland und ein paar Kumpel einen Weg, dieses Problem zu umgehen, der nicht auf flüssige Polymere angewiesen ist. Stattdessen verwenden sie Laserablation, um ein festes Polymer direkt auf einem Substrat abzuscheiden, wodurch Lösungsmittel vollständig vermieden werden.

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Diese Jungs beginnen damit, eine Schicht des erforderlichen leitfähigen Polymers auf einer Glas- oder Quarzplatte zu erzeugen. Dies wird als Donorsubstrat bezeichnet und wird auf normale Weise hergestellt, beispielsweise durch Schleuderbeschichtung mit Flüssigkeit und Trocknenlassen.

Dann platzieren sie ein weiteres Substrat – das Empfangssubstrat – neben dem Donorsubstrat, das der Schicht des leitenden Polymers zugewandt ist. Die beiden Schichten berühren sich jedoch nicht und bleiben durch einen Spalt von wenigen Mikrometern getrennt.

Im letzten Schritt feuern Kandyla und Co. einen Laser durch das Glassubstrat, das auf die Polymerschicht fokussiert wird. Dieser kurze Energiestoß erzeugt eine Stoßwelle, die eine kleine Menge Polymer auf das aufnehmende Substrat schleudert.

Durch Bewegen des Spendersubstrats und des Empfangssubstrats verwenden Kandyla und Co diesen Prozess, um 2D-Muster beliebiger Form abzuscheiden.

Augmented-Reality-Nutzer tauchen bei der Interaktion mit Objekten in die virtuelle Welt ein.

Und weil das Polymer als Feststoff übertragen wird, vermeiden sie alle Probleme, die mit Lösungsmitteln verbunden sind.

Kandyla und Co haben ihr Verfahren getestet, indem sie photovoltaische Schaltkreise aus einem leitfähigen Polymer namens P3HT:PCBM auf verschiedene Substrate gedruckt haben.

Sie haben auch biologische Sensorschaltungen mit einem leitfähigen Polymer namens Polyanilin gedruckt. Das ist praktisch, denn Lösungsmittel können biologische Messungen stören und ruinieren.

Es liegt natürlich noch mehr Arbeit vor uns. Ein Problem besteht darin, dass die Laserablation die chemische Zusammensetzung von Polymeren verändern kann. Kandyla und Co werden noch mehr tun müssen, um zu zeigen, dass die Technik qualitativ hochwertige Schaltungen erzeugt, die zu geringen Kosten wiederholbar sind.

Und dies ist nicht das erste Mal, dass Forscher mit Laserdruck leitende Schaltkreise aus organischen Materialien herstellen. LEDs wurden beispielsweise bereits auf diese Weise hergestellt.

Aber die neue Arbeit erweitert die Palette der Geräte, die von der Technik profitieren könnten. Erwarten Sie, mehr darüber zu hören.

Ref: arxiv.org/abs/1211.3158 : Laserinduzierter Vorwärtstransfer von leitfähigen Polymeren

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