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Das INM auf der Eurofinish und der Materialica-Teil 1: Gedruckte transparente leitfähige Metalloxide

01.10.2013
Transparente leitfähige Oxide (TCO, engl.: transparent conducting oxides) finden breite Anwendung als transparente Elektroden oder als IR reflektierende Materialien.

Üblicherweise werden TCOs auf festen Substraten über Vakuumbeschichtung, wie zum Beispiel Sputtern, hergestellt. Mit speziellen TCO Tinten können sie auch auf flexiblen Substraten, wie zum Beispiel auf Kunststofffolien, aufgebracht werden. Hierzu verwenden die Entwickler am INM TCO Tinten, die TCO Nanopartikel enthalten und über nasschemische Prozesse hergestellt werden. Diese Methode ermöglicht nicht nur die Aufbringung auf Kunststoffen und Folien, sondern erstmals auch den Direktdruck von transparenten Leiterstrukturen.


Leitfähig, biegsam und transparent: gedruckte Metalloxidschichten
Quelle: Uwe Bellhäuser, frei nur in Zusammenhang mit dieser Meldung.

Das INM zeigt diese und weitere Entwicklungen vom 15. bis 17. Oktober und vom 23. bis 24. Oktober auf den internationalen Messen Materialica 2013, München sowie Eurofinish 2013, Gent, Belgien.

„Wir stellen aus den transparenten leitfähigen Oxiden besondere Nanopartikel her“, erklärt Peter William de Oliveira, Leiter des Programmbereichs Optische Materialien, „Durch Zugabe eines Lösungsmittels und eines speziellen Binders lassen sich diese modifizierten TCO Nanopartikel als „Tinte“ mit einer Druckplatte direkt per Tiefdruck auf die Folie aufbringen“, so Oliveira weiter.

Dieses Verfahren habe mehrere Vorteile: Der Tiefdruck ermöglicht es, mit nur einem Prozessschritt strukturierte TCO-Schichten kostengünstig zu drucken. Wegen der UV-Härtung bei niedrigen Temperaturen unter 150 °C lassen sich auch dünne Kunststofffolien beschichten. Dabei erfüllt der Binder mehrere Aufgaben: Er bewirkt nicht nur eine gute Adhäsion der TCO Nanopartikel zum Substrat sondern erhöht auch die Flexibilität der TCO-Schichten: So bleibt die Leitfähigkeit selbst beim Verbiegen der Folien erhalten - ein Vorteil gegenüber den gängigen Hochvakuum-Techniken, wie zum Beispiel dem Sputtern. „Hier ist noch Potenzial für weitere Entwicklungen möglich“ erklärt der Physiker de Oliveira, „wenn wir es schaffen, auch den Binder leitfähig zu machen, wird die Leitfähigkeit insgesamt steigen und der Flächenwiderstand weiter absinken.“

Durch die Beschichtung auf flexiblen Foliensubstraten ist die Beschichtung mit dem klassischen Rolle-zu-Rolle Verfahren möglich. Die ersten Versuche am INM dazu sind vielversprechend. Die Forscher sind sich einig, dass durch die Verwendung von strukturierten Walzen zukünftig auch große, strukturierte, leitfähige Flächen kostengünstig mit hohem Durchsatz gedruckt werden können.

Neben der Verwendung von TCO-Nanopartikeln arbeiten die Entwickler am INM auch mit dem nasschemischen Sol-Gel-Verfahren. Es eignet sich besonders für temperaturstabile Substrate wie zum Beispiel Glas oder Keramik. Die Härtung erfolgt bei diesem Verfahren bei Temperaturen über 450 °C. Neben großflächigen Substraten lassen sich so auch komplexere Geometrien wie Rohre oder Formkörper beschichten. „Auch hier liegt der Vorteil bei den Kosten“ sagt der Programmbereichsleiter. Mit Vakuum-Beschichtungsverfahren, wie zum Beispiel der Sputter-Methode, werden für großflächige Beschichtungen teure Hochvakuumapparaturen und große TCO-Targets benötigt; die gleichmäßige Beschichtung von gekrümmten Substraten ist außerdem über diesen Weg nur bedingt möglich.

Das Material der Wahl ist auch am INM hauptsächlich Zinn dotiertes Indium Oxid (Indium Tin Oxide, ITO). Wegen der abnehmenden Ressourcen und des hohen Rohstoffpreises für Indium testen die Forscher am INM auch zunehmend alternative transparente Oxide, wie zum Beispiel Aluminium dotiertes Zinkoxid (AZO).

Ansprechpartner:
Dr. Peter William de Oliveira
INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien
Leiter Programmbereich Optische Materialien
Tel: 0681-9300-148
E-Mail: peter.oliveira@inm-gmbh.de
Das INM erforscht und entwickelt Materialien – für heute, morgen und übermorgen. Chemiker, Physiker, Biologen, Material- und Ingenieurwissenschaftler prägen die Arbeit am INM. Vom Molekül bis zur Pilotfertigung richten die Forscher ihren Blick auf drei wesentliche Fragen: Welche Materialeigenschaften sind neu, wie untersucht man sie und wie kann man sie zukünftig für industrielle und lebensnahe Anwendungen nutzen? Dabei bestimmen vier Leitthemen die aktuellen Entwicklungen am INM: Neue Materialien für Energieanwendungen, Neue Konzepte für Implantatoberflächen, Neue Oberflächen für tribologische Anwendungen sowie Nanosicherheit. Die Forschung am INM gliedert sich in die drei Felder Chemische Nanotechnologie, Grenzflächenmaterialien und Materialien in der Biologie. Das INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien mit Sitz in Saarbrücken ist ein internationales Zentrum für Materialforschung. Es kooperiert wissenschaftlich mit nationalen und internationalen Instituten und entwickelt für Unternehmen in aller Welt. Das INM ist ein Institut der Leibniz-Gemeinschaft und beschäftigt rund 190 Mitarbeiter.

Dr. Carola Jung | idw
Weitere Informationen:
http://www.inm-gmbh.de
http://www.leibniz-gemeinschaft.de

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