Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nanokomposite schützen High-Tech-Elektronik

03.07.2012
Ein Forschungsteam an der Universität Bayreuth hat eine äußerst wirksame und zugleich flexible Schutzschicht für hochempfindliche Bauteile entwickelt.

Elektronische Bauteile von High-Tech-Produkten, beispielsweise organische Leuchtdioden (OLEDs) oder Dünnschichttransistoren, können bereits durch geringste Mengen von Sauerstoff oder Wasserdampf geschädigt werden.


Die mit einem Rasterelektronenmikroskop entstandene Aufnahme zeigt einen Querschnitt durch die Beschichtung. In der an ein Buch erinnernden lamellaren Struktur wechseln sich Silikatschichten mit den Kunststoffschichten der Polymermatrix ab. 500 Nanometer (nm) entsprechen dabei 1 Zweitausendstel Millimeter. Die Grafik links zeigt schematisch vergrößert den dreistufigen Aufbau der Bausteine mit dem Schichtsilikat in der Mitte und den vernetzbaren Kunststoffketten an den äußeren Flächen.

Abbildung: Lehrstuhl für Anorganische Chemie I, Universität Bayreuth; mit Quellenangabe zur Veröffentlichung frei.

Die Elektronikindustrie ist daher dringend an Beschichtungen interessiert, die solche hochempfindlichen Bauteile luftdicht versiegeln. Glas hat sich dabei nur eingeschränkt bewährt. Es wird derzeit beispielsweise zum Schutz von OLEDs in hochwertigen Smartphones verwendet, doch die Displays werden dadurch starr und bruchanfällig.

Einem Forschungsteam um Prof. Dr. Josef Breu an der Universität Bayreuth (Lehrstuhl Anorganische Chemie I) ist es jetzt aber gelungen, eine äußerst wirksame Schutzschicht herzustellen, die durchsichtig ist und infolge ihrer Biegsamkeit eine lange Haltbarkeit verspricht. Im internationalen Fachjournal "Advanced Materials" stellen die Wissenschaftler ihre neue Entwicklung vor.

Riesige Silikatscheiben und kettenförmige Kunststoffe:
Bausteine einer neuartigen Schutzschicht

Die neuartige Schutzschicht besteht aus vielen übereinanderliegenden Ebenen. Jede Ebene setzt sich aus winzigen Bausteinen zusammen, die nur wenige Nanometer hoch sind und sich in ihrem dreistufigen Aufbau gleichen. Die Mitte bilden künstlich erzeugte scheibenförmige Schichtsilikate. Deren Oberfläche ist zehnmal größer als Schichtsilikate, die in der Natur – beispielsweise in vulkanischen Gesteinen – vorkommen. In den Bayreuther Laboratorien der Anorganischen Chemie ist es gelungen, diese ungewöhnlichen Schichtsilikate, die mindestens 5000 mal so breit wie hoch sind, zu synthetisieren.

Beidseitig sind an den Silikatscheiben kettenförmige Kunststoffmoleküle verankert, die für die Anwendung in einer luftdichten Schutzschicht optimiert wurden. Die gesamte, aus diesen Bausteinen gebildete Schutzschicht gehört damit zu der in den letzten Jahren intensiv erforschten Materialklasse der Nanokomposite. In diesem Fall ist das Nanokomposit aus vernetzten Kunststoffmolekülen und darin eingelagerten Schichtsilikaten aufgebaut, die als Füllstoff fungieren. Solche Nanokomposite werden derzeit in dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereich „Von partikulären Nanosystemen zur Mesotechnologie“ an der Universität Bayreuth untersucht.

Effizienz und Flexibilität: Vorteile des neuen Nanokomposits

Die innerhalb der Matrix übereinander liegenden Ebenen von Schichtsilikaten sind in der Lage, das Eindringen von Sauerstoff- oder Wassermolekülen weitgehend zu unterbinden. Die Silikatscheiben fungieren als Riegel, die diesen Molekülen den direkten Weg quer durch die Schutzschicht versperren. Infolgedessen müssen Sauerstoff- oder Wassermoleküle auf dem Weg durch die Schicht riesige Umwege zurücklegen und werden dabei ausgebremst. Dementsprechend verringert sich die Zahl der Moleküle, die pro Zeiteinheit die Schicht durchdringen können – was die Lebenserwartung des elektronischen Bauteils erheblich steigert.

Beim Schutz von High-Tech-Elektronik hat die Kombination aus einer Polymer-Matrix mit künstlichen Schichtsilikaten einen entscheidenden Vorteil, wenn man sie mit den etablierten Schutzschichten aus Glas vergleicht. Die gesamte Beschichtung ist flexibel und kann sich möglichen Verformungen anpassen, statt gleich zu zerbrechen. Diese Fähigkeit verringert die Wahrscheinlichkeit, dass Leuchtdioden, Transistoren oder andere Bauteile während des Transports beschädigt werden. Durch die neuen Schutzschichten ist das langfristige Ziel, biegsame Displays herstellen zu können, deutlich näher gerückt.
Prof. Dr. Josef Breu und seine Mitarbeiter haben die verwendeten Schichtsilikate auch mit alternativen Füllstoffen verglichen. Das Ergebnis: Eine derart ausgeprägte Flexibilität und Undurchlässigkeit der Schutzschicht lässt sich nur mit synthetischen, nicht aber mit den in der Natur vorkommenden Silikaten erzielen.

Ein kostengünstiges Herstellungsverfahren, zum Patent angemeldet

Für die Herstellung der neuen Nanokomposite haben die Bayreuther Wissenschaftler ein kostengünstiges Verfahren entwickelt, das im Industriemaßstab realisiert werden kann. Die dreistufigen, aus Silikaten und Kunststoffmolekülen bestehenden Bausteine lassen sich dabei großflächig auf die elektronischen Bauteile aufstreichen. Aufgrund ihrer Scheibenstruktur ordnen sich die Schichtsilikate automatisch parallel zueinander aus. Durch eine nachfolgende Behandlung mit ultraviolettem Licht erhält die hochgeordnete Matrix ihre Festigkeit. Wegen der hochinteressanten industriellen Anwendungspotenziale, insbesondere bei der nachhaltigen Sicherung von High-Tech-Produkten, ist diese Erfindung mittlerweile zum Patent angemeldet worden.

Veröffentlichung:

Michael W. Möller, Daniel A. Kunz, Thomas Lunkenbein, Stefan Sommer,
Arno Nennemann, Josef Breu,
UV-Cured, Flexible, and Transparent Nanocomposite Coating
with Remarkable Oxygen Barrier,
in: Advanced Materials (2012), Volume 24, Issue 16, pp. 2142-2147
DOI: 10.1002/adma.201104781
Ansprechpartner:

Prof. Dr. Josef Breu
Lehrstuhl für Anorganische Chemie I
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0) 921 55-2530
E-Mail: josef.breu@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.sfb840.uni-bayreuth.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Fachhochschule Südwestfalen entwickelt innovative Zinklamellenbeschichtung
13.07.2018 | Fachhochschule Südwestfalen

nachricht 3D-Druck: Stützstrukturen verhindern Schwingungen bei der Nachbearbeitung dünnwandiger Bauteile
12.07.2018 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics