Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Preisgünstige Kunststoffspeichermedien aus einem „vergessenen“ Rohstoffpolymer

20.03.2013
Wissenschaftler des Zernike Institute for Advanced Materials der Universität Groningen und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung haben einen Weg gefunden ein Kunststoffspeichermedium aus einem Rohstoffpolymer herzustellen. In Nature Materials stellen sie ihre Entdeckung erstmalig vor.

Das Polymer, das die Forscher verwenden, heißt PVDF – Polyvinylidenfluorid. Dieses preisgünstige Material wird oft für Membranfilter und Verpackungsfolien verwendet. Es ist allgemein bekannt, dass PVDF extrem wärmebeständig und chemisch sehr stabil ist, aber für Anwendungen in einer Speicherzelle sind ferroelektrische Eigenschaften unverzichtbar.


Mengyuan Li mit zwei dünnen PVDF Proben: rechts, milchige, raue PVDF Folie, die konventionell hergestellt wurde und links: transparente glatte PVDF Folie, die mit verbesserten Verfahren hergestellt wurde.

Das Material muss eine elektrische Polarisierung besitzen, die mit den Nord- und Südpolen eines Magnets vergleichbar ist. Die Polarisierung von ferroelektrischem Material kann durch die Verwendung eines elektrischen Felds gewechselt werden. Der bistabile Polarisierungszustand kann dafür verwendet werden, Informationen zu speichern.

Herausforderung angenommen

Einen funktionstüchtigen elektrischen Schalter aus reinem PVDF herzustellen, ist schwierig. „Dafür gibt es zwei Gründe“, sagt Dago de Leeuw, Professor der Physik und einer der Autoren des Artikels in Nature Materials. „Zunächst einmal stellte es eine große Herausforderung dar, eine glatte, dünne Folie aus PVDF herzustellen.“ Diese seien nämlich rau – ähnlich wie mikroskopisches Sandpapier. „Zusätzlich erzeugt die konventionelle Verarbeitung nicht-ferroelektrische dünne Folien, da das PVDF in einer nicht-polaren Phase kristallisiert.“

Die Doktorandin Mengyan Li von der Universität Groningen konnte diese Probleme lösen. Sie benutzte eine Alternative, um dünne Folien von PVDF herzustellen. „ Die Kontrolle der Verarbeitungsbedingungen stellte sich als entscheidender Schritt heraus“, sagt Li. „Üblicherweise stellt man diese Art von Folie bei Zimmertemperatur her. Aber PVDF verwandelt sich bei hoher Temperatur in eine schön glatte, dünne Folie“, erklärt De Leeuw. Zusätzlich werden die Folien ferroelektrisch nachdem ein kurzer elektrischer Puls angewendet wird.

„PVDF hat vier verschiedene Kristallphasen“, fährt De Leeuw fort. Mit ihrer Arbeit hat Li die Deltaphase geformt, die ferroelektrisch und auch bei hohen Temperaturen stabil ist. Die Existenz von Delta-PVDF wurde bereits in den 1980er Jahren vorausgesagt, aber nie experimentell in dünnen Folien nachgewiesen.

In dem Artikel zeigen die Forscher, dass ein Kunststoffspeichermedium aus Delta-PVDF hergestellt werden kann. Kunststoffspeichermedien gibt es bereits, aber sie bestehen aus einem speziellen Copolymer von PVDF mit Trifluoroethylen. „Dieses Material ist schwer herzustellen, sehr teuer und außerdem verliert es seine ferroelektrischen Eigenschaften bei Temperaturen über 80°C. Wenn das passiert, verliert man alle gespeicherten Daten.“ Die Herstellung von PVDF ist dagegen kostengünstig, und die Folien erhalten die gespeicherten Daten bei Temperaturen von bis zu rund 170°C. Infolgedessen stellt Delta-PVDF den idealen Kandidaten für Datenspeicherung in der Kunststoffelektronik dar.

Vielversprechende Optionen

Die Kunststoffelektronik hat sich schnell entwickelt und steht nun kurz vor der Kommerzialisierung, da sie neue Anwendungen verspricht. Diese reichen von intelligenten Lebensmittelverpackungen, die etwa das Verfallsdatum im Auge behalten, zu tragbaren Gesundheitsmonitoren. All diese Anwendungen benötigen programmierbare, nicht löschbare Speicher. Die Universität von Groningen hat bereits so manche Durchbrüche auf dem Gebiet der Kunststoffelektronik verzeichnet. De Leeuw: „Beides, der ferroelektrische Kunststofftransistor und die ferroelektrische Kunststoffdiode, wurden am Zernike Institute for Advanced Materials (ZIAM) der Universität Groningen entwickelt. Wir können nun ein verwendbares Kunststoffspeichermedium zu dieser Liste hinzufügen.“

Momentan widmet sich ein europäisches Projekt (MOMA) verstärkt dieser neuen Technologie.

Stephan Imhof | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpip-mainz.mpg.de
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3577.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Sparsamer abheben dank Leichtbau-Luftdüsen
23.10.2017 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Stickoxide: Neuartiger Katalysator soll Abgase ohne Zusätze reinigen
23.10.2017 | Forschungszentrum Jülich GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie