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Gedruckte Elektronik Nanodrähte steigern die elektrische Leitfähigkeit von Drucktinten

Redakteur: Franz Graser

Silber-Nanodrähte in Tinten für gedruckte Schaltungen weisen eine um den Faktor 4.000 höhere elektrische Leitfähigkeit auf als Tinten mit Nanomaterialien in anderen Formen. Die gedruckten Schaltungen müssen somit nicht aufgeheizt werden und können auf hitzeempfindliches Material aufgebracht werden.

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Die Form entscheidet: Forscher der Duke Universits haben festgestellt, dass Tinten auf Basis von Silber-Nanodrähten eine höhere Leitungsfähigkeit aufweisen als andere Arten von Nanopartikeln.
Die Form entscheidet: Forscher der Duke Universits haben festgestellt, dass Tinten auf Basis von Silber-Nanodrähten eine höhere Leitungsfähigkeit aufweisen als andere Arten von Nanopartikeln.
(Bild: Ian Stewart, Benjamin Wiley, Duke University (beschnitten))

Forscher der Duke University in Durham im US-Bundesstaat North Carolina haben mit Nanopartikeln in unterschiedlichen Formen experimentiert. Dabei stellten sie fest, dass Silber-Nanodrähte gegenüber Nanopartikeln in Form von Kugeln oder Flocken eine um den Faktor 4.000 höhere elektrische Leitfähigkeit aufweisen.

Diese Erkenntnis ist für die gedruckte Elektronik äußerst bedeutsam. Gedruckte Schaltungen, die auf Tinten mit Nanopartikeln basierten, mussten bisher stark aufgeheizt werden, damit die einzelnen Nanoteilchen miteinander verschmolzen und eine durchgängige elektrische Leitung entstand.

Das hatte die Konsequenz, dass hitzeempfindliche Materialien wie Papier oder Plastik nur eingeschränkt als Träger für gedruckte Schaltungen in Frage kamen. Dieses Problem scheint jetzt gelöst zu sein, meint Benjamin Wiley, Assistenzprofessor für Chemie an der Duke University: „Wenn man Nanodrähte verwendet, muss man die gedruckten Schaltkreise nicht auf eine so hohe Temperatur bringen, und man kann preiswertere Trägermaterialien wie etwa Papier oder Plastik verwenden.“

Die Anwendungsfälle für solche gedruckte Schaltungen sind vielfältig. Sie kann für RFID-Aufkleber eingesetzt werden, aber auch für Solarzellen, gedruckte Displays, LEDs, Batterien oder sogar für medizinische Geräte, die in den Körper implantiert werden.

Ursprünglich hatten sich die Forscher mit der Fragestellung beschäftigt, wie man bei leitfähigen Tinten für gedruckte Elektronik Material sparen könne. Bisherige Studien, die sich auf die Form der Nanopartikel bezogen, waren nur schwer miteinander vergleichbar, und nur wenige davon stellten eine Korrelation zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Menge des eingesetzten Materials her.

Im Nachhinein war es für das Forscherteam nicht verwunderlich, dass ausgerechnet Nanodrähte die besten elektrischen Eigenschaften aufwiesen. Die Elektronen, so Wiley, tendieren dazu, gut durch die einzelnen Nanostrukturen zu fließen, aber sie bleiben dann stecken, wenn sie von einer Struktur zur nächsten springen müssen. Langgezogene Nanodrähre reduzieren die Anzahl dieser Sprünge.

Überraschend war jedoch die Größenordnung, die die Wissenschaftler entdeckten: „Der Leitungswiderstand fällt um mehrere Größenordnungen niedriger aus als bei Silver-Nanopartikeln und ist nur zehnmal größer als bei reinem Silber“, sagt Ian Stewart, ein Student im Forscherteam der Duke University, und Co-Autor der Studie.

Die Studie wurde im Magazin ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.

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