Der Einsatz elektrische leitfähige Polymere hat zu technologischen Innovationssprüngen geführt, nicht zuletzt aufgrund der großen Variationsbreite der Materialeigenschaften, die sich gezielt einstellen lässt, des geringen Gewichts und nicht zuletzt auch der großen Flexibilität des Werkstoffs selbst. Solarzellen lassen sich in Folienform bringen und auf Oberflächen auftragen; hauchdünne Sensoren überwachen auf die Haut geklebt Körperfunktionen, die Beleuchtungstechnik profitiert von elektrisch leitfähigen Polymeren, ebenso die Entwicklung mobiler Endgeräte, die immer kleiner, leichter und hochleistungsfähiger werden.
Um die Effizienz organischer Solarzellen, von Leuchtdioden und anderen elektronischen Anwendungen zu erhöhen, wurden elektrisch leitfähige Polymere mit verschiedenen Substanzen dotiert, um die Elektronenbilanz im Material zu beeinflussen und einen Stromfluss überhaupt erst möglich zu machen. Anders als in Metallen, dort liegen die am Stromfluss beteiligten Elektronen in der für Metalle typischen Kristallgitterstruktur freibeweglich vor. In einem Halbleitermaterial muss diese Beweglichkeit durch eine Ladungsüberschuss mittels eine Fremdatoms hineingegeben werden. Der hierbei hervorgerufen Zustand ist allerdings nicht von Dauer:
„Üblicherweise dotieren wir organische Polymere, um ihre Leitfähigkeit und die Geräteleistung zu verbessern. Der Prozess ist für eine Weile stabil, aber das Material degeneriert und die Substanzen, die wir hinzugefügt haben, können auslaugen. Das gilt es zu vermeiden, etwa in bioelektronischen Anwendungen, bei denen die organischen elektronischen Komponenten Vorteile in der tragbaren Elektronik und als Implantate im Körper bringen können", sagt Simone Fabiano, Leiter der Gruppe Organische Nanoelektronik im Labor für Organische Elektronik der Universität Linköping.
Den beteiligten Wissenschaftlern aus fünf Ländern ist es nun gelungen, zwei Polymere so zu kombinieren und daraus eine elektrisch leitende Tinte herzustellen war. Die Energieniveaus beider Materialien passten perfekt zusammen, so dass Ladungen spontan von einem Polymer auf das andere übertragen werden. Das Phänomen der spontanen Ladungsübertragung sei bereits an anderer Stelle beobachtet worden, aber nur für einzelne Kristalle und das auch nur im Labormaßstab. Die Übertragung in den industriellen Maßstab fehle noch.
„Da Polymere aus großen und stabilen Molekülen bestehen, die sich leicht aus der Lösung ablagern lassen, erweisen sie sich als gut geeignet für den großflächigen Einsatz als Tinte in der gedruckten Elektronik", beschreibt Simone Fabiano ein Triebfeder ihrer Forschung. Die von ihnen verwendeten Polymere seien einfache, relativ preisgünstige und kommerziell leicht und weitverbreitet verfügbare Materialien. Da aus dem neuen Polymergemisch keine Fremdstoffe auslaugen, bleibe es lange stabil, auch unter Einfluss hoher Temperaturen. Diese Eigenschaften seien wichtig, wenn es um den Einsatz in Energiegewinnungs- und Speichergeräten sowie in tragbarer Elektronik gehe.
Ihre elektrisch leitfähigen Polymere enthielten keine gesundheitsbedenklichen Zusätze, seien daher nicht nur langzeitstabil, sondern auch belastbar und tauglich für anspruchsvolle Anwendungen. Ihre Entwicklung eröffne geradezu völlig neue Möglichkeiten, um die Leistung von Leuchtdioden und Solarzellen zu verbessern. Dies gelte auch für andere thermoelektrische Anwendungen und nicht zuletzt für Entwicklung tragbare und körpernah getragener Elektronik, sagt Simone Fabiano. (GDeussing)
