Rotes S-PPV-Polymer.

Bild: TU Wien

Von Solarzellen bis zur Medizin Neue Herstellungsmethode für vielseitiges Polymer gefunden

09.01.2019

S-PPV-Polymere eignen sich für unterschiedlichste Anwendungen – besonders interessant sind sie für LEDs und Solarzellen. Doch ihre Herstellung war bisher kaum möglich. Nun ist eine chemische Synthesemethode patentiert worden.

Organische Polymere findet man heute in Solarzellen, Sensoren, LEDs und vielen anderen technischen Anwendungen. Eine spezielle Klasse davon – die sogenannten S-PPVs – galten bisher als theoretisch höchst vielversprechend, aber technisch kaum herstellbar. Einem Team der TU Wien ist es nun gelungen, einen chemischen Syntheseweg für diese S-PPVs zu finden.

Schwefel statt Sauerstoff

„PPVs sind Polymere mit technologisch wunderbaren Eigenschaften“, sagt Florian Glöcklhofer vom Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien. „Sie leiten elektrischen Strom und interagieren mit Licht auf eine Weise, die sie für Solarzellen oder LEDs hochinteressant macht.“ Sie bestehen aus einer langen, festen Kohlenwasserstoff-Struktur, an der bestimmte Seitengruppen angehängt sind. Durch die Wahl unterschiedlicher Seitengruppen lassen sich die elektronischen Eigenschaften des Materials einstellen.

Bisher wurden PPVs verwendet, deren Seitengruppen über ein Sauerstoffatom mit dem Rest des Polymers verbunden sind – sogenannte O-PPVs. „Wenn es gelingt, diese Sauerstoff-Seitengruppen durch Schwefel-Seitengruppen zu ersetzen, dann entsteht ein neues Polymer, ein S-PPV, mit deutlich verbesserten Eigenschaften“, erklärt Glöcklhofer. „Wir wussten, dass das zu einem besseren Transport elektrischer Ladung durch das Molekül führen kann und dass die Stabilität dadurch verbessert wird.“

Billige Synthese für industriellen Einsatz

Als Glöcklhofer beschloss, solche S-PPVs herzustellen, wurde ihm von erfahrenen Kollegen zunächst davon abgeraten. Trotzdem wagte er sich an das Projekt – und stellte rasch fest, dass es sich tatsächlich um eine besonders schwierige Herausforderung handelte. „Wichtig war es uns, einen einfachen, billigen Syntheseweg zu finden – mit möglichst wenigen Syntheseschritten, ohne teure Spezial-Katalysatoren“, betont Glöcklhofer. „Schließlich wollen wir Materialien herstellen, die industriell eingesetzt werden können. Und kommerziell erfolgreich kann S-PPV nur sein, wenn die Herstellung ein bestimmtes Niveau an Kosten nicht übersteigt.“

Nach vier Jahren Arbeit und einigen Rückschlägen hat es das Team dann geschafft: Ein verlässliches, einfaches Verfahren zur Herstellung von S-PPVs war gefunden. Mithilfe von Mikrowellenstrahlung werden passende Monomere hergestellt. Sie werden polymerisiert und können dann an den Seitengruppen modifiziert werden. Das funktioniere laut Glöcklhofer erstaunlich gut: „Die Reaktion läuft innerhalb von Sekunden ab. Die Farbe ändert sich – man kann also direkt dabei zusehen.“

Kandidaten für die Medizin

Mithilfe des Forschungs- und Transfersupports der TU Wien ist der neue Syntheseweg nun patentiert worden. Glöcklhofer ist sehr zuversichtlich, was den kommerziellen Erfolg der Erfindung betrifft: „Es ist ein einfacher Syntheseweg für eine neue, höchst vielversprechende Klasse von Polymeren. Die Synthese kommt mit kostengünstigen Ausgangsmaterialien aus, wir brauchen keine Palladium-Katalysatoren oder ähnliche teure Zwischenschritte.

Die Methode sei laut Glöcklhofer zudem auf industrielle Mengen skalierbar, das Verfahren gut reproduzierbar. Heraus kommt ein Produkt, „das nicht nur verbesserte elektronische Eigenschaften, sondern auch eine höhere Stabilität aufweist.“ Außerdem sind S-PPVs auch noch vergleichsweise ungiftig und bioverträglich. Das macht sie zu ausgezeichneten Kandidaten für den Einsatz in der Medizin.

Das Projekt ist in Zusammengearbeitet des Teams der TU Wien mit einer Forschungsgruppe des Imperial College in London durchgeführt worden.

Bildergalerie

  • S-PPV-Polymer in leuchtendem Grün.

    Bild: TU Wien

  • Das Team (von links nach rechts): Alina Buchner, Klaus Ableidinger, Florian Glöcklhofer, Michael Taubländer, Jonathan Prinz und Erstautorin Martina Rimmele.

    Bild: TU Wien

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