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31.5.2002 

Hoffnungsträger Plastik
Polymere sollen der Elektronik weiterhelfen

Technik. - Kunststoffe haben den großen Vorteil, dass sie preisgünstig und flexibel sind. Da man bereits seit längerem die Methoden kennt, mit denen man die Polymere auch noch leitfähig machen kann, ist das Ziel klar: Die Kunststoffe sollen in die Elektronik. Auf dem „Fünften Internationalen Symposium über funktionale p-Elektronensysteme“ der derzeit an der Universität Ulm stattfindet, diskutieren Experten den Stand der Entwicklung.

Von Thomas Wagner

Christoph Brabeck von der Siemens AG Erlangen pflegt seinen Vorträgen gewöhnlich ein Dia voranzustellen - eine Aufnahme, auf der ein modernes Bürogebäude mit einer Glasfensterfront zu sehen ist. Das Erstaunliche dabei: Die Fensterfront, behauptet Christoph Brabeck, ist in Wirklichkeit ein kleines Elektrizitätswerk:

Man kann sich das so vorstellen, dass man Folien herstellt. Diese Folien sind semitransparent, werden in ein Fenster eingebaut und wie eine Fensterscheibe darüberlaminiert oder -geklebt, man hat zwei Kabel, das trägt zur Energiekonversion bei.

Das heißt: Die Fensterscheiben wurden mit einer transparenten Plastikfolie überzogen, die aber eine für Plastik untypische Eigenschaft hat: Sie leitet den elektronischen Strom. Durch die Spannungsunterschiede bei Lichtanfall wird Strom erzeugt, dank der transparenten Solarzellen aus Plastik. Die allerdings befinden sich noch im Versuchsstadium; das Hochhaus mit der Fensterfront, die gleichzeitig als Kraftwerk arbeitet, ist ein Zukunftsszenario - kein unrealistisches allerdings. Dabei ist die Solarzelle aus Plastik nur eines von vielen Anwendungsbeispielen für das, was die Polymerelektronik zu leisten vermag. Professor Peter Bäuerle, Fachbereichsleiter für anorganische Chemie an der Universität Ulm und Leiter der laufenden Tagung:

Die Anwendungen, die mit Sicherheit in den nächsten Jahren auf den Markt kommen werden, sind Displays, Polymerdisplays, die man inzwischen in allen Farben machen kann. Man kann sie strukturieren, so dass Ultraflachbildschirme machbar sind, die sogar flexibel sind. Und die zweite Anwendung, das ist die Plastikelektronik, das heißt, man kann mit Kunststoffen sehr billige, preisgünstige Chips herstellen, die auch intelligent sind.

Hinter all dem steckt eine Technologie, die vom Ansatz her bereits rund 25 Jahre alt ist: vor einem Vierteljahrhundert gelang es erstmals, Kunststoffe, die eigentlich als elektrische Isolatoren gelten, so zu verändern, dass sie elektrischen Strom leiten können. Bäuerle:

Der Chemiker spricht davon, dass man hier konjugierte Doppelbindungen braucht. Man braucht als p-Elektronen, die relativ leicht beweglich sind, und wenn man dann noch diese Kunststoffe dotiert, sagt der Physiker oder der Chemiker würde sagen oxidiert oder reduziert, dann werden Ladungsträger erzeugt, die entlang dieser Ketten frei beweglich sind und den Strom leiten können.

Das heißt: Durch gezielte Reduktions- und Oxidationsvorgänge entstehen frei bewegliche Elektronengruppen in den Gitterstrukturen der Kunststoffmoleküle - die Grundvoraussetzung für elektrische Leitfähigkeit. Der Vorteil solcher leitenden beziehungsweise halbleitenden Kunststoffe. Sie können erheblich einfacher und damit ungleich kostengünstiger hergestellt werden als traditionelle Halbleiter. Christoph Brabeck:

In der Technologie der Produktion von solchen Geräten setzt man auf Druckprozesse. Es gibt verschiedene Technologien, bekannt sind diese Technologien zum Beispiel aus dem Bedrucken von Folien, etwa für Geschenkpapier, aber auch ähnliche Prozesse, wie Zeitungen gedruckt werden, also im Offset-Druck. Und diese Prozesse versucht man zu adaptieren und Technologien zu adaptieren auf leitfähige Polymere.

Computerchips, Flachbildschirme, Solarzellen aus der Druckerpresse - all dies können sich die Wissenschaftler für die Zukunft vorstellen. Doch neben den geringen Kosten, die bei der Herstellung anfallen, gibt es auch einen Nachteil: Gerade wenn Halbleiter aus Polymeren generiert werden, ist die Beweglichkeit der Ladungen innerhalb der Kunststoffstrukturen noch längst nicht so groß wie beispielsweise in klassischen Siliziumstrukturen. Ein wesentlicher Vorteil der leitenden Polymere eröffnete in jüngster Zeit hingegen ein eigenes Forschungsgebiet: Die sogenannte "Molekularelektronik." Dabei geht es darum, winzig kleine leitende Kunststofffäden im Nanometer-Bereich zu entwickeln, die beim Anlegen einer Spannung gerade ein einziges Elektron durchlassen. Professor Peter Bäuerle:

Das heißt man kann mit einzelnen Molekülen und letztendlich auf einer Dimension Elektronik machen, die viel, viel kleiner ist als die kleinsten Chips, die man bisher machen kann. Das heißt, dass man viel mehr Transistoren und viel mehr integrierte Schaltkreise auf kleinerem Volumen unterbringen könnte, wenn man das mit einzelnen Molekülen machen kann.

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