Unsichtbares Gold 11.07.2016, 10:18 Uhr

Dank Nanotinte lässt sich dieses Display immer wieder verbiegen

Diese Tinte hat es in sich: Nanometerdünne Goldfäden sind das Geheimnis dafür, dass man flexible Displays bauen kann, die auch nach 450 Biegevorgängen nicht kaputt gehen. Saarbrücker Forscher haben die Technik dafür entwickelt, dass auch bei flexiblen Touchscreens die Leitfähigkeit durch die mechanische Belastung nicht leidet.

Selbstorganisierende Nanotinten bilden durch Stempeldruck leitfähige und transparente Gitter. 

Selbstorganisierende Nanotinten bilden durch Stempeldruck leitfähige und transparente Gitter. 

Foto: INM

Der Effekt ist verblüffend. Die Glasscheibe ist perfekt transparent. Trotzdem leuchten plötzlich mitten drin winzige Lämpchen auf: Leuchtdioden aus einem transparenten Material. Versorgt werden sie mit Strom, der durch ebenfalls unsichtbare Leiterbahnen fließt. Dieses Kunststück schaffen die Hersteller bisher nur auf einer starren Unterlage wie Fensterglas. Jetzt gelingt es auch auf flexiblen Flächen. Selbst unsichtbare elektronische Schaltungen sind denkbar.

Nanometerdünne Goldfäden

Forschern am Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) in Saarbrücken ist es zunächst gelungen, Leiterbahnen aus nanometerdünnen Goldfäden auf flexiblen Unterlagen abzuscheiden. Weil sie mit weniger als einem tausendstel Millimeter extrem dünn sind, kann man sie nicht sehen. Gelungen ist das einem Team um Tobias Kraus mit einer sich selbst organisierenden Nanotinte und einem Stempeldruckverfahren.

Im ersten Schritt wird die Unterlage flächendeckend mit Tinte bestrichen. Ein Stempel, der die gewünschte Struktur hat, bringt die Goldfäden und die sie umgebenden Liganden, die für deren Beweglichkeit sorgen, in Form. „Die Nanofäden folgen den Strukturen des Stempels, weil sie so dünn und beweglich sind“, sagt Kraus.

Nanofäden sind sehr gute Stromleiter

„Beim Trocknen bilden die einzelnen Fäden durch Selbstorganisation größere, definierte Bündel, die miteinander verwoben sind und das spätere Gitter bilden“, so der INM-Wissenschaftler. Durch leichtes Erwärmen wird der Ligand ausgetrieben. Die Fäden sind sehr gute Stromleiter. Ihre Struktur lässt sich durch Verändern der Mengen an Goldfäden beeinflussen.

Was Sie hier sehen ist ein Smartphone – das sich biegen lässt. Das Display reagiert dabei wie ein Buch beim Durchblättern. Entwickelt wurde der Prototyp von kanadischen Forschern. 

Was Sie hier sehen ist ein Smartphone – das sich biegen lässt. Das Display reagiert dabei wie ein Buch beim Durchblättern. Entwickelt wurde der Prototyp von kanadischen Forschern. 

Foto: Human Media Lab/Queen’s University

Die Saarbrücker Forscher sehen als Einsatzgebiet für ihr Verfahren vor allem berührungsempfindliche flexible Displays, also Touchscreens. Versuche hätten gezeigt, dass die strukturierten Leiterbahnen aus Goldfäden Biegetests weitaus besser bestehen als Indiumzinnoxid (ITO), ein heute genutzter Halbleiter, der in sichtbarem Licht vollkommen transparent ist. Nach 450 Biegetests hatte die Leitfähigkeit der Nanofäden aus Gold um gerade mal 5,6 % abgenommen.

Suche nach preiswerteren Metallfäden

„Mit unseren Ergebnissen konnten wir zeigen, dass die Kombination Selbstorganisation von Gold mit Stempeldruck neue Verfahren für transparente, leitfähige Materialien eröffnet. Dieses Grundprinzip wollen wir mit weiteren Untersuchungen auch auf andere Metalle übertragen“, sagt Kraus. Auch wenn die Goldmengen in den transparenten Leiterbahnen winzig sind, könnte sich das Verfahren beim Einsatz von weniger wertvollen Metallen noch verbilligen.

Andere Wissenschaftler arbeiten an Displays der Zukunft, die zur Programmsteuerung keine Berührung mehr brauchen. Stattdessen reicht es in der Nähe der Oberfläche aus, in die Luft zu tippen oder zu wischen. Der Touchless Screen, also der berührungslos bedienbare Monitor, ist machbar. Weitere Informationen dazu finden Sie hier.

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