Elektrisch leitfähige Polymere – Polymere der 4. Generation

Der Physiker und Nobelpreisträger Prof. Dr. Alan Heeger von der University of California, Santa Barbara, war kürzlich zu Gast bei der Bayer AG. Im BayKomm, dem Leverkusener Kommunikationszentrum des Unternehmens, hielt er einen Vortrag über „Semiconducting and Metallic Polymers: The fourth Generation of Polymeric Materials“. Für die bahnbrechenden Arbeiten auf dem Gebiet elektrisch leitfähiger organischer Polymere war Heeger gemeinsam mit den Chemikern Alan MacDiarmid und Hideki Shirakawa im Oktober 2000 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet worden.

In seinem interessanten und pointierten Vortrag stellte Heeger die Entwicklungsgeschichte der leitfähigen Polymere dar und gab einen Überblick über die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten dieser neuartigen Materialklasse, welche von der Antistatik-Beschichtung über organische Transistoren und die Verwendung als Kathodenmaterial in Kondensatoren bis hin zu organischen Leuchtdioden (OLEDs, Organic Light Emitting Diodes) reichen.

Letztere können zur Entwicklung sehr leuchtkräftiger Monochrom- und Farbdisplays, beispielsweise für Handys oder Computerbildschirme, führen, die im Gegensatz zur bisher verwendeten LCD-Technologie über einige deutliche Vorteile verfügen wie den geringeren Stromverbrauch bei gleichzeitig höherer Leuchtkraft und besserem Kontrast oder die Unabhängigkeit vom Blickwinkel. Als Modellobjekt zeigte Heeger hierzu ein monochromes LED-Display mit einer detaillierten Abbildung seiner Nobelpreis-Medaille. Weltweit beschäftigen sich viele Unternehmen mit dieser neuen Displaytechnologie. Neben der sicheren technischen Beherrschung einer Fertigung im industriellen Maßstab steht die Erhöhung der Lebensdauer im Fokus der gegenwärtigen Entwicklungen.

Im Anschluß an den Vortrag des Nobelpreisträgers referierte Dr. Heinz-Hermann Greve, Leiter des Ressorts Werkstoffe der Zentralen Forschung der Bayer AG, über Baytron’, ein von Bayer entwickeltes elektrisch leitendes Polymer mit besonders günstigen Eigenschaften für technische Anwendungen.

Dotiertes Polyacetylen, welches von Heeger, MacDiarmid und Shirakawa als erster Vertreter der leitfähigen Polymere entdeckt und untersucht wurde, ist aufgrund seiner Instabilität für technische Applikationen ungeeignet. Vor der technischen Nutzung war somit die Entwicklung anderer,stabilerer leitfähiger Polymere wie beispielsweise Polypyrrol, Polyanilin oder Polythiophen notwendig.

Das von Bayer-Forschern erfundene Polyethylendioxythiophen (PEDT), so der chemische Name von Baytron, ist ein langzeitstabiles, elektrisch leitfähiges Polymer. Es ist hervorragend geeignet für die verschiedensten Applikationen dieser neuen Materialklasse. Da sich die Eigenschaften von Baytron durch Variation der Polymerisationsbedingungen gezielt steuern lassen, kann Bayer seinen Kunden maßgeschneiderte Produkte für völlig unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung stellen. Neben dem leitfähigen Polymer wird auch sein monomerer Baustein als Produkt angeboten. Dieser wird beim Kunden zu einer Schicht polymerisiert und kommt derzeit in der Elektronikindustrie zum Einsatz – etwa bei der Durchkontaktierung von Leiterplatten oder der Herstellung von Tantal- und Aluminium-Kondensatoren.

Das große Interesse der verarbeitenden Industrie an elektrisch leitfähigen Polymeren wird eindrucksvoll dokumentiert durch eine Vielzahl von neuen polymerbasierten Verfahren und Produkten sowie laufenden Entwicklungen. Aufgrund der wachsenden Nachfrage nach Baytron konnte Bayer den Umsatz an diesen Produkten in den letzten beiden Jahren jeweils mehr als verdoppeln. Die Haupteinsatzgebiete liegen dabei zur Zeit in der Kondensatorherstellung, wo Baytron Mangandioxid als Kathodenmaterial ersetzt, gefolgt von der Durchkontaktierung von Leiterplatten und der Antistatik-Beschichtung. Für die nächsten Jahre wird durch Wachstum dieser bestehenden Anwendungen aber auch durch neue Entwicklungen, wie etwa der OLED-Technologie, eine fortlaufende Absatzausweitung erwartet. Um dieses erwartete Wachstum sicher begleiten zu können, wurden bei Bayer bestehende Baytron-Kapazitäten ausgebaut und in neue Produktionsanlagen investiert.