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Samstag, 21.10.2017
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Nanotube-Polymer als Ersatz für knappes Indium

Leitfähiger Film aus Polymer und Nanoröhrchen könnte Indium-Zinnoxid in Displays ersetzen

Das Element Indium ist für viele elektronische Geräte fast unverzichtbar, seine Lagerstätten gelten aber als bald erschöpft. Jetzt hat ein niederländisches Forscherteam ein Material entwickelt, dass einen Ersatz für Indium-Zinnoxid darstellt. Der transparente Film aus leitfähigen Nanoröhrchen und Polymeren könnte schon bald dessen Rolle in Bildschirmen von Handys, Fernsehern oder in Solarzellen übernehmen. Zudem ist das neue Material auch noch deutlich umweltfreundlicher, wie die Forscher in „Nature Nanotechnology“ berichten.
Leitfähigkeitsmessung am neuen Dünnfilm

Leitfähigkeitsmessung am neuen Dünnfilm

Indium-Zinnoxid steckt in vielen unserer elektronischen Alltagsgeräte, in den Bildschirmen von Fernsehern, Handys und Notebooks, aber auch in Solarzellen. Doch schon in rund zehn Jahren könnte es ein ernstes Nachschubprobleme geben, denn Indium gehört zu den seltenen Erden und die existierenden Lagerstätten sind bald erschöpft. Einem interdisziplinären Team der Eindhoven University of Technology um den theoretischen Physiker Paul van der Schoot und den Polymerchemiker Cor Koning ist es jetzt gelungen, ein Ersatzmaterial für Indium-Zinnoxid zu entwickeln.

Man nehme Nanoröhrchen, Polymerkugeln und Wasser…


Der Ersatz besteht aus einem transparenten, leitfähigen Dünnfilm, der auf leitfähigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen einerseits und Kunststoff-Nanopartikeln andererseits basiert. Um ihn herzustellen nutzten die Forscher zunächst Standard-Nanoröhrchen und lösten sie in Wasser. Dann gaben sie leitfähiges Latex und Polystyrol als Bindemittel hinzu. Wenn diese Mischung von Nanotubes und Polymerkügelchen in Wasser erhitzt wird, verbinden sich die Polystyrol-Kügelchen miteinander und bilden einen Film, der ein leitfähiges Netz von Nanoröhrchen und Latex-Kügelchen enthält. Das Wasser, das nur als zwischenzeitiges Lösungsmittel benötigt wurde, kann nun mittels Gefriertrocknung entfernt werden.

Leitfähigkeit bald vergleichbar mit Indium-Zinnoxid


Der fertige, transparente Film enthält nur rund ein Gewichtsprozent an Nanoröhrchen und Latex-Kügelchen, da eine höhere Konzentration ihn sonst undurchsichtig machen würde. Er eignet sich nicht nur für normale Displays oder Solarzellen, sondern auch für flexible Anwendungen. Noch allerdings ist die Leitfähigkeit des transparenten Films um den Faktor 100 geringer als die des Indium-Zinnoxids. Aber die Forscher erwarten, diese Lücke schnell schließen zu können.


„Wir haben Standard-Kohlenstoff-Nanoröhrchen eingesetzt und damit eine Mischung aus metallisch-leitenden und halbleitenden Röhrchen“, erklärt Koning. „Aber sobald man beginnt, zu 100 Prozent metallische Nanoröhrchen zu nutzen, erhöht sich die Leitfähigkeit stark. Die Produktionstechnologie für solche Nanoröhrchen ist gerade entwickelt worden und wir erwarten, dass der Preis dafür nun schnell fallen wird.”

Schon jetzt aber ist die Leitfähigkeit des Dünnfilms hoch genug, um sofort als antistatische Schutzschicht für Bildschirme oder als Schutzfilm gegen elektromagnetische Strahlung zu dienen. Hinzu kommt, dass keine begrenzten, teuren Ressourcen benötigt werden und der Herstellungsprozess umweltfreundlich abläuft. Schwermetalle werden gar nicht benötigt oder eingesetzt. (Nature Nanotechnology, 2011; DOI: 10.1038/NNANO.2011.40)
(Eindhoven University of Technology, 13.04.2011 - NPO)
 
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