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Forschung zu gedruckter Elektronik Forscher entwickeln neue Methode für ultradünne gedruckte Leiterbahnen

Quelle: Pressemitteilung 2 min Lesedauer

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Im Sommer 2025 hat ein japanisches Forschungsteam eine Drucktechnologie vorgestellt, die leitfähige Metallschichten in nur einem Schritt ohne Nanopartikel, ohne Hochtemperatur-Sintern und erstmals in einer gleichmäßigen, nur wenige Nanometer dünnen Struktur erzeugt.

Forscher nutzen eine einphasige Reaktion von Metallionen und einer organischen Verbindung, um leitfähige, gut organisierte kolloidale Koordinations-Nanoschichten herzustellen.(Bild: Tokyo University of Science)
Forscher nutzen eine einphasige Reaktion von Metallionen und einer organischen Verbindung, um leitfähige, gut organisierte kolloidale Koordinations-Nanoschichten herzustellen.
(Bild: Tokyo University of Science)

Gedruckte Leiterbahnen gehören seit Jahren zum Standard in der Elektronikfertigung. Üblicherweise kommen dafür Silber- oder Kupfer-Nanopartikel-Tinten zum Einsatz, die auf Folien oder flexible Substrate gedruckt und anschließend erhitzt werden müssen, damit die Partikel zu einer leitfähigen Schicht „zusammenbacken“ (Sintern). Dieser Vorgang ist aufwendig, energieintensiv und schränkt die Wahl der Trägermaterialien deutlich ein. Zugleich bleiben die resultierenden Schichten meist relativ dick, porös und mechanisch begrenzt belastbar.

Der sequenzielle Synthesemechanismus unter Verwendung von kolloidalen Lösungen von Metallionen wie Nickel (Ni), Kupfer (Cu) und Zink (Zn) zusammen mit einer Benzolhexathiol (BHT)-Lösung kann auf selektive Weise hochleitfähige Koordinations-Nanoschichten erzeugen, während die Gesamt Reaktion auf eine einzige Phase beschränkt bleibt.(Bild: Professor Hiroshi Nishihara from Tokyo University of Science, Japan)
Der sequenzielle Synthesemechanismus unter Verwendung von kolloidalen Lösungen von Metallionen wie Nickel (Ni), Kupfer (Cu) und Zink (Zn) zusammen mit einer Benzolhexathiol (BHT)-Lösung kann auf selektive Weise hochleitfähige Koordinations-Nanoschichten erzeugen, während die Gesamt Reaktion auf eine einzige Phase beschränkt bleibt.
(Bild: Professor Hiroshi Nishihara from Tokyo University of Science, Japan)

Forscher der Tokyo University of Science haben im Sommer 2025 einen Ansatz vorgestellt, der diese bekannten Hürden umgeht. Das Paper „Rationally Engineered Heterometallic Metalladithiolene Coordination Nanosheets with Defined Atomic Arrangements“ ist in einem Fachjournal der Small-Reihe erschienen. Statt Partikeln verwenden die Forscher eine metallorganische Flüssigkeit, die beim Drucken selbstständig eine zusammenhängende, extrem dünne Metallschicht bildet. Die Schicht ist nur wenige Nanometer dick, glatt, gleichmäßig und direkt leitfähig, ohne zusätzliche Prozessschritte.

Der Unterschied zur bisherigen gedruckten Elektronik: Während klassische Tinten aus vielen kleinen Metallpartikeln bestehen, entstehen hier 2D-artige, kontinuierliche Metallschichten, vergleichbar mit einer atomar dünnen Lackierung. Der Ansatz verwendet eine metallorganische Flüssigkeit aus sogenannten Metalladithiolenen. Diese Moleküle ordnen sich beim Trocknen zu einem glatten, wenige Nanometer dünnen 2-D-Metallfilm an – ganz ohne Partikel oder thermisches Nachbehandeln. Das eröffnet nicht nur neue Geometrien, sondern auch eine deutlich bessere elektrische Qualität, insbesondere für Hochfrequenz- oder Sensoranwendungen.

Noch befindet sich die Methode im Forschungsstadium, doch der Ansatz zeigt klar: Gedruckte Elektronik entwickelt sich von nanopartikelfüllten Tinten hin zu direkt druckbaren Metall-Nanoschichten. Für die Branche könnte das ein technologischer Schritt sein, der gedruckte Elektronik einfacher, schneller und kostengünstiger macht. Für industrielle Anwender bedeutet die Technologie perspektivisch weniger Prozessschritte, einen geringeren Energiebedarf und mehr Designfreiheit. Auch nachhaltige Substrate wie Papier oder biobasierte Folien könnten profitieren, da kein Hochtemperaturprozess mehr erforderlich ist. (sb)

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