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Flexibel, druckbar und preiswert: Elektronikbauteile, deren Aufbau auf Nanopartikeln und organischen Molekülen beruht, erobern zunehmend den Markt. Drei Beispiele für Anwendungen zeigt der Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials (EAM) der Universität Erlangen-Nürnberg auf der Hannover Messe vom 19. - 23. April 2010. Auf dem Gemeinschaftsstand von Bayern Innovativ in Halle 2 werden organische Solarzellen, Dünnschichttransistoren und flexible Sensoren ausgestellt.
Im Exzellenzcluster EAM werden elektroaktive organische Moleküle und anorganische Nanopartikel als elementare Grundbausteine entwickelt und danach Schritt für Schritt zu hochgeordneten Strukturen aufgebaut. So entstehen flexible elektronische Bauteile, die zudem durch kostengünstige Druckprozesse produziert werden können.
Ein solcher Rolle-zu-Rolle-Prozess wird in Hannover für Solarzellen demonstriert, die auf organischen Molekülen basieren. Faltbare Solar-Lademodule könnten künftig Handys, Laptops oder mp3-Player mit Energie versorgen; großflächige, leichtgewichtige Varianten sind beispielsweise auf Sonnenschirmen oder Campingzelten vorstellbar. Aufgebaut sind die Module in mehreren Lagen. Auf eine flexible Kunststofffolie werden transparente und leitende Metalloxidschichten aufgetragen. Danach folgt die aktive Schicht, die das Sonnenlicht absorbiert, zu Ladungsträgern umwandelt und dann zu den Elektroden ableitet. Über eine Topelektrode kann die Ladung abgezogen werden. Zum Schutz vor Umwelteinflüssen sind die Solarzellen in Kunststofffolie verkapselt, was außerdem die Lebensdauer erhöht.
Elektronik für biegsame Bildschirme und Displays
Dünnschicht-Bauelemente für Transistoren mit organischen Halbleitern werden bei Temperaturen um 60°C produziert. Damit können sie prinzipiell auf flexiblen Trägermaterialien wie Polymerfolie oder Papier aufgebracht werden, was biegsame Bildschirme und Displays ermöglicht. Für mobile Anwendungen wie Steuertransistoren in flexiblen Displays müssen die Bauelemente bei niedriger Versorgungsspannung funktionieren. Deshalb werden hybride, d. h. organisch/anorganische Dielektrikumsschichten verwendet, die lediglich wenige Nanometer dick sind.
Ähnliche Möglichkeiten bieten flexible Dünnschichttransistoren auf der Basis von Zinkoxid-Nanopartikeln. Diese Partikel sind löslich, damit günstig zu verarbeiten und im Vergleich zu löslichen organischen Halbleitern unempfindlicher gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Licht. Mit einer maximalen Temperatur von 100°C können beim Herstellungsprozess ebenfalls flexible Substrate wie beispielsweise eine PEN-Kunststoff-Folie verwendet werden.
Mit Tintenstrahldruck lassen sich elektrische Bauteile wie flexible Näherungs- oder Tastsensoren erzeugen. Bringt man den Finger in den Bereich des Sensors, erhöht sich die Kapazität des von den gedruckten Silberelektroden gebildeten Kondensators. Eine elektronische Schaltung registriert die Änderung und bringt eine Diode zum Leuchten. Dies kann an einem Taster auf der Hannover Messe ausprobiert werden. Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie forscht in Kooperation mit dem EAM an der Umsetzung gedruckter Elektronik auf Basis von anorganischen Nanopartikeln. Zukünftige Anwendungsbereiche liegen überall da, wo Alltagsprodukte durch einfache elektronische Funktionen ergänzt werden sollen, zum Beispiel in der Logistik, bei Werbemedien oder der digitalen Identifikation bei Fahr-und Eintrittskarten.
Der Exzellenzcluster Engineering of Advanced Materials
Der Exzellenzcluster befasst sich mit der Erforschung und Entwicklung neuartiger Materialien, deren Strukturaufbau hierarchisch von der molekularen bis zur makroskopischen Größenskala organisiert ist. In dem deutschlandweit einzigen materialwissenschaftlich Cluster werden, ausgehend von einem einheitlichen methodischen Ansatz, vier Materialbereiche bearbeitet: Nanoelektronische Materialien, photonische und optische Materialien, katalytische Materialien sowie Leichtbaumaterialien. Die für alle Bereiche wichtigen und zentralen Querschnittsthemen funktionale Partikelsysteme, Nanoanalytik und Elektronenmikroskopie sowie Modellbildung und Simulation werden in neuen interdisziplinären Zentren bearbeitet. Der Exzellenzcluster an der Universität Erlangen-Nürnberg wird seit 2007 im Rahmen der bundesweiten Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder für fünf Jahre gefördert.
Weitere Informationen
Prof. Dr. Wolfgang Peukert, Koordinator
Tel.: 09131-85-29400
w.peukert@lfg.uni-erlangen.de
Dr. Monika Schenk, Geschäftsführerin
Tel.: 09131- 8520847
monika.schenk@eam.uni-erlangen.de
Dr. Annette Tyrach, Public Relations
Tel.: 09131-8520840
annette.tyrach@eam.uni-erlangen.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Elektrotechnik, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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