Transparente Nylonschichten für die Elektronik

Transparentes Nylon könnte in Zukunft einen wichtigen Baustein für die Entwicklung transparenter elektronischer Schaltungen darstellen.
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Nylon, eine Familie synthetischer Polymere, wurde erstmals in den 1920er Jahren für Damenstrümpfe eingeführt und gehört heute zu den am häufigsten verwendeten synthetischen Fasern in Textilien. Einige Nylons weisen sogenannte "ferroelektrische Eigenschaften" auf. Dies bedeutet, dass positive und negative elektrische Ladungen getrennt werden können und sich dieser Zustand aufrechterhalten lässt. Der Vorteil beim Einsatz solcher Polymere besteht darin, dass sie mit geeigneten Lösungsmitteln verflüssigt und somit in gelöstem Zustand kostengünstig zu flexiblen Dünnschichten verarbeitet werden können, die sich für elektronische Komponenten wie Kondensatoren, Transistoren und Dioden eignen. 

Ferroelektrischer Nylon-Dünnschichtkondensatoren

Obwohl Nylonpolymere im Laufe der Jahre bedeutende kommerzielle Anwendungen in Geweben und Fasern gefunden haben, wurden sie bisher in elektronischen Geräten nur selten eingesetzt, da es unmöglich war, hochwertige dünne Schichten aus ferroelektrischem Nylon durch Lösungsverarbeitung herzustellen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben nun in Zusammenarbeit mit Forschern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Universität Lodz dieses vierzig Jahre alte Problem gelöst und ein Verfahren zur Herstellung ferroelektrischer Nylon-Dünnschichtkondensatoren entwickelt, indem sie Nylon in einer Mischung aus Trifluoressigsäure und Aceton aufgelöst und im Vakuum wieder verfestigt haben. So konnten sie Nylonschichten herstellen, die nur wenige 100 Nanometer dick sind, also mehrere 100-mal dünner als ein menschliches Haar. "Mit dieser Methode haben wir extrem glatte Dünnschichten hergestellt. Dies ist sehr wichtig, da es den elektrischen Durchbruch von beispielsweise Kondensatoren und somit die Zerstörung elektronischer Schaltungen verhindert. Gleichzeitig sind die dünnen Filme aufgrund der Glätte transparent, was transparente elektronische Geräte ermöglicht", erläutert Dr. Kamal Asadi, Gruppenleiter am MPI-P. 

Mit dem neu entwickelten Verfahren konnte die Gruppe Hochleistungs-Nylonkondensatoren herstellen. Die Wissenschaftler unterzogen die Prototypen ausgedehnten Spannungszyklen und bewiesen die Stabilität des ferroelektrischen Nylons bei Millionen von Auf- und Entladevorgängen. Die dünnen Nylonschichten könnten in Zukunft zu einem wichtigen Bestandteil für den Einsatz in der flexiblen Elektronik werden und Anwendung in biegsamen elektronischen Geräten oder für Elektronik in Kleidungsstücken finden. Die neuen Erkenntnisse ebnen den Weg zu multifunktionalem Gewebe, das sowohl als Stoff für Kleidung dient als auch gleichzeitig aus unserer Körperbewegung Strom erzeugen kann. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift "Science Advances".

Autor(en): Wi

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