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DESY News: Biegsame Schaltkreise für den 3D-Druck
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Meldungen vom Forschungszentrum DESY
Biegsame Schaltkreise für den 3D-Druck
Eine Forschungskooperation von Universität Hamburg und DESY hat ein 3D-Druck-taugliches Verfahren entwickelt, mit dem sich transparente und mechanisch flexible elektronische Schaltkreise produzieren lassen. Die Elektronik besteht aus einem Geflecht von Silber-Nanodrähten, die sich in einer Suspension drucken und in verschiedene flexible und durchsichtige Kunststoffe (Polymere) einbetten lassen. Diese Technik kann zahlreiche neue Anwendungen wie etwa druckbare Leuchtdioden, Solarzellen oder Werkzeuge mit integrierten Schaltkreisen ermöglichen, wie das Team um Tomke Glier von der Universität Hamburg im Fachblatt „Scientific Reports“ berichtet. Die Forscherinnen und Forscher demonstrieren das Potenzial ihres Verfahrens unter anderem mit einem biegsamen Kondensator.
![](https://www.desy.de/e409/e116959/e119238/media/7033/Nanowires_thumbnail.jpg)
„Herzstück der Technik sind Silber-Nanodrähte, die ein leitendes Geflecht bilden“, erläutert Glier. Die Silberdrähte sind typischerweise einige zehn Nanometer (millionstel Millimeter) dick und 10 bis 20 Mikrometer (tausendstel Millimeter) lang. Die detaillierte Röntgenanalyse zeigt dabei, dass die Struktur der Nanodrähte im Polymer nicht verändert wird, sondern sich die Leitfähigkeit des Geflechts dank der Kompression durch das Polymer sogar verbessert, da sich das Polymer im Laufe des Aushärtungsprozesses zusammenzieht.
Die Silbernanodrähte werden in einer Suspension auf ein Substrat aufgebracht und getrocknet. „Aus Kostengründen will man mit möglichst wenig Nanodrähten eine möglichst hohe Leitfähigkeit erreichen. Außerdem erhöht man dadurch die Transparenz des Materials“, erläutert Roth, Leiter der Messstation P03 an der DESY-Röntgenlichtquelle PETRA III, wo die Röntgenuntersuchungen stattgefunden haben. „So lässt sich Schicht für Schicht eine Leiterbahn oder eine leitende Fläche herstellen.“ Auf die Leiterbahnen wird ein flexibles Polymer aufgetragen, auf das wiederum Leiterbahnen und Kontakte gebracht werden können. Je nach Geometrie und verwendetem Material lassen sich so verschiedene elektronische Bauteile drucken.
![](https://www.desy.de/e409/e116959/e119238/media/7036/IMG_20180801_163305-Kopie2_thumbnail.jpg)
In einem nächsten Schritt wollen die Forscherinnen und Forscher nun überprüfen, wie sich die Struktur der Leiterbahnen aus Nanodrähten unter mechanischer Belastung ändert. „Wie gut hält das Drahtgeflecht beim Biegen zusammen? Wie stabil bleibt das Polymer?“, nennt Roth typische Fragestellungen. „Dafür ist die Untersuchung mit Röntgenstrahlung sehr gut geeignet, weil wir nur damit in das Material hineinschauen und so die Leiterbahnen und -flächen der Nanodrähte analysieren können.“
An der Arbeit waren Forscherinnen und Forscher der Universität Hamburg, der Königlich-Technischen Hochschule Stockholm, des Wallenberg-Zentrums für Holzwissenschaft in Stockholm, des Hamburger Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie und von DESY beteiligt.
Originalveröffentlichung:
Functional Printing of Conductive Silver-Nanowire Photopolymer Composites; Tomke E. Glier, Lewis Akinsinde, Malwin Paufler, Ferdinand Otto, Maryam Hashemi, Lukas Grote, Lukas Daams, Gerd Neuber, Benjamin Grimm-Lebsanft, Florian Biebl, Dieter Rukser, Milena Lippmann, Wiebke Ohm, Matthias Schwartzkopf, Calvin J. Brett, Toru Matsuyama, Stephan V. Roth & Michael Rübhausen; „Scientific Reports“, 2019; DOI: 10.1038/s41598-019-42841-3