Nanowände für Smartphones

?Indiumzinnoxid wird verwendet, weil es als Material eine verh?ltnism?ssig hohe Transparenz hat und die Herstellung der Schichten gut erforscht ist, doch es ist nur m?ssig leitf?hig?, sagt Patrik Rohner, Doktorand in Poulikakos¡® Gruppe. Um leitf?higere Elektroden herzustellen, setzten die ETH-Forscher auf Gold und Silber, die Strom sehr viel besser leiten. Weil diese Metalle jedoch nicht transparent sind, mussten die Wissenschaftler die dritte Dimension zu Hilfe nehmen. Denn: ?Will man mit Dr?hten aus diesen Metallen gleichzeitig hohe Leitf?higkeit und Transparenz erreichen, besteht ein Zielkonflikt?, erkl?rt ETH-Professor Poulikakos. ?Mit zunehmenden Querschnitt von Gold- und Silberdr?hten nimmt zwar die Leitf?higkeit zu, die Transparenz des Gitternetzes jedoch ab.?

Die L?sung waren bloss 80 bis 500 Nanometer d¨¹nne Metallw?nde, die von oben betrachtet kaum sichtbar sind. Weil ihre H?he im Vergleich zur Breite zwei- bis viermal gr?sser ist, ist ihr Querschnitt und dadurch ihre Leitf?higkeit ausreichend hoch.

Tintenstrahldrucker mit winzigem Druckkopf

Die Forscher stellten diese winzigen Metallw?nde mit einem Druckverfahren her ¨C Nanodrip genannt ¨C, das Poulikakos und seine Mitarbeiter vor drei Jahren entwickelt haben (siehe ETH-Life-Artikel vom 31.05.2013). Dessen Grundprinzip ist der sogenannte elektrohydrodynamische Tintenstrahldruck. Dabei verwenden die Wissenschaftler Tinten aus Metallnanopartikeln in L?sungsmittel; ein elektrisches Feld zieht kleinste Tr?pfchen der Metalltinte aus einer Glaskapillare. Das L?sungsmittels verdunstet schnell, und so kann Tropfen f¨¹r Tropfen eine dreidimensionale Struktur aufgebaut werden.

Das Spezielle am Nanodrip-Verfahren ist, dass sich dabei Tr?pfchen von der Glaskapillare abl?sen, die etwa zehnmal kleiner sind als die ?ffnung der Kapillare. Damit lassen sich sehr viel kleinere Strukturen drucken. ?Stellen Sie sich einen Wassertropfen vor, der unten an einem geschlossenen Wasserhahn h?ngt. Und stellen Sie sich nun vor, dass unten an diesem Tropfen noch ein winziges Tr?pfchen h?ngt ¨C nur diese winzigen Tr?pfchen drucken wir?, erkl?rt Poulikakos. Die spezielle Tropfenform erzielten die Forscher, indem sie die Zusammensetzung der Metalltinte und das verwendete elektromagnetische Feld optimal aufeinander abstimmten.

Kosteng¨¹nstige Herstellung

Die n?chste grosse Herausforderung werde nun sein, die Methode hochzuskalieren und den Druckprozess so weiterzuentwickeln, dass er industriell im grossen Massstab angewendet werden kann. Die Wissenschaftler arbeiten dazu mit Kollegen des ETH-Spin-offs externe SeiteScronacall_made zusammen.

Sie sind ¨¹berzeugt: Gelingt das Hochskalieren, wird die Technologie gegen¨¹ber den existierenden Methoden eine Reihe von Vorteilen bringen. Insbesondere wird sie wohl kosteng¨¹nstiger sein, weil f¨¹r das Nanodrip-Verfahren im Gegensatz zur Herstellung von Indiumzinnoxid-Elektroden kein Reinraum n?tig ist. Auch d¨¹rften die neuen Elektroden wegen ihrer h?heren Leitf?higkeit besser geeignet sein f¨¹r grosse Touchscreens. Und schliesslich sei ihr Verfahren auch das erste, bei dem man die H?he der Nanow?nde direkt w?hrend des Druckens variieren k?nne, sagt ETH-Doktorand Rohner.

Eine m?gliche zuk¨¹nftige Anwendung k?nnten auch Solarzellen sein, f¨¹r die ebenfalls transparente Elektroden ben?tigt werden. Je durchsichtiger und leitf?higer diese sind, desto mehr Strom l?sst sich gewinnen. Und die Elektroden k?nnten schliesslich auch bei der Weiterentwicklung von gebogenen Bildschirmen mit der OLED-Technologie zum Einsatz kommen.