Schweizer entwickeln ultraleitfähige Nanowände für Smartphones

Forschern der ETH Zürich ist es gelungen, eine neue Generation transparenter Elektroden herzustellen. Erstmals kommen hierfür die Edelmetalle Gold und Silber zum Einsatz. Außerdem können die Elektroden im 3D-Verfahren gedruckt werden.

Kein Smartphone und kein Ticketautomat könnten ohne transparente Elektroden funktionieren. Dabei handelt es sich um extrem kleine Gitterstrukturen, die auf den Glasoberflächen der Geräte angebracht werden. Sie ermöglichen eine Bedienung per Hand, indem sie anzeigen, welche Felder der Kunde berührt. Bislang nutzt die Industrie fast ausschließlich Elektroden aus Indiumzinnoxid. Diese haben sich etablieren können, weil ihre Herstellung gut erforscht ist und sie zudem über eine hohe Transparenz verfügen.

Doch das könnte sich in absehbarer Zeit ändern. Ein Team um Dimos Poulikakos, Professor für Thermodynamik an der ETH Zürich, arbeitet derzeit an der Herstellung von Elektroden aus Silber und Gold. Diese sind leitfähiger als jene aus Indiumzinnoxid und garantieren dadurch eine schnellere und exaktere Bedienung.

Die Wahl von Silber und Gold stellte die Schweizer Forscher allerdings vor ein großes Problem: Die beiden Edelmetalle sind nicht transparent und würden die Bildschirmqualität beeinträchtigen. Die Forscher kamen auf eine einfache, aber wirkungsvolle Idee, um die hervorragende Leitfähigkeit der Edelmetalle zu nutzen und trotzdem den Durchblick zu behalten: Sie verwenden Gitterstrukturen, die in ihrer Breite zwischen 80 und 500 Nanometern liegen. Weil ihre Höhe im Vergleich zur Breite zwei- bis viermal grösser ist, ist für eine ausreichende Leitfähigkeit bei hoher Transparenz gesorgt.

Neu ist auch, wie die Strukturen gefertigt werden. Hierbei bedient man sich des so genannten „Nanodrip“-Verfahrens, welches Poulikakos und seine Mitarbeiter selbst entwickelt haben: den so genannten elektrohydrodynamischen Tintenstrahldruck. Die Wissenschaftler verwenden „dafür Tinten aus Metallnanopartikeln in Lösungsmittel“, ein elektrisches Feld ziehe kleinste Tröpfchen der Metalltinte aus einer Glaskapillare. Da das Lösungsmittel schnell verdunste, könne Tropfen für Tropfen eine dreidimensionale Struktur aufgebaut werden.

Die Tröpfchen sind dank dieses Verfahrens zehnmal so klein wie die Öffnung der Kapillare selbst. So können extrem kleine Strukturen gedrückt werden. „Stellen Sie sich einen Wassertropfen vor, der unten an einem geschlossenen Wasserhahn hängt“, so Poulikakos. „Und stellen Sie sich nun vor, dass unten an diesem Tropfen noch ein winziges Tröpfchen hängt – nur diese winzigen Tröpfchen drucken wir.“

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