Die metallisierten Fasern sind hundertmal dünner als ein menschliches Haar.

Bild: INM

Leitfähigkeit mit Fasern Transparent-leitfähiger Proximity-Sensor mittels Electrospinning

14.06.2022

Ob für Handys, Tablets, Smartphones, Autos, Bekleidung oder medizinische Geräte – Touchscreens, Displays und Sensoren der Zukunft müssen biegsam und flexibel sein. Und ebenso biegsam und flexibel muss die darauf aufgebrachte gedruckte Elektronik sein, um zum Beispiel Tippen und Wischen zu ermöglichen. Das sogenannte Electrospinning soll das ermöglichen.

Transparente Elektroden und Sensorflächen auf nichtleitenden Oberflächen verwenden meist komplizierte Auftragsprozesse wie PVD- oder Sputterverfahren unter Hochvakuum, die Investitionen in die Beschichtungsanlagen erfordern und hohe Verarbeitungskosten verursachen. Verfahren, die Kohlenstoffnanoröhrchen oder Silbernanodrähte einsetzen, verursachen hohe Materialkosten. Das Leibniz-Institut für Neue Materialien – INM hat ein alternatives und kostengünstiges Verfahren entwickelt: Das Electrospinning.

Leitfähige Vliese für flächendeckende Leitfähigkeit

Dabei werden Materialien in feinste Fasern versponnen, die hundertmal dünner als ein menschliches Haar sind. Im Gegensatz zu Strukturierungsverfahren über Stempel oder Druckverfahren ermöglicht das Elektrospinnen die Herstellung unstrukturierter leitfähiger Vliese, deren Dichte hoch genug ist, um die elektrische Leitfähigkeit auf dem Substrat flächendeckend zu ermöglichen.

Gleichzeitig ist die Anzahl an Faserkreuzungspunkten so gering, dass die Lichtstreuung auf unter zwei Prozent reduziert wird. Bei einer Faserdicke unter einem halben Mikrometer ist das Vlies für das menschliche Auge nicht zu erkennen und erscheint transparent. Durch den netzartigen, unsymmetrischen Charakter der Fasern fallen auch typische Beugungsphänomene weg, wie zum Beispiel störende Regenbogeneffekte.

Neue Ausgangsmaterialien verwendet

Das Neuartige am Ansatz des INM liegt in den Ausgangsmaterialien, die verwendet werden. Es werden Polymere und Komposite verarbeitet, aber auch Sole, die anschließend kalziniert werden. Je nach Ausgangsmaterial ist es möglich, sowohl intrinsisch leitfähige Fasern herzustellen als auch solche, die in einem weiteren Schritt über Metallisierung elektrisch leitfähig werden.

Der Electrospinning-Prozess ist maschinentauglich (Rolle-zu-Rolle) und ermöglicht einen sehr effizienten Weg zur Herstellung kostengünstiger, flexibler und transparenter Elektroden.

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