Elektrisch leitfähige transparente Beschichtungen auf organischer Basis

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1 Elektrisch leitfähige transparente Beschichtungen auf organischer Basis Workshop: "Carbon-Nano-Technologie" Weimar, den 23. Mai 2012 Dominik Nemec 1

2 Anwendungsgebiete Flachbildschirme Touchscreens organische Leuchtdioden Elektrolumineszenzlampen Aktoren 2

3 Stand der Technik Kohlenstoff Nanoröhren / Carbon Nanotubes (CNTs) mechanisch stabil, aber flexibel chemisch inert, aber funktionalisierbar leitfähig, halbleitend oder metallisch geometrische Verbindung zwischen Nano- und Mikrowelt, winzige Dimension, aber relativ leichte Handhabung Leitfähigkeit/Transparenz noch nicht für alle Anwendungen erreicht 3

4 Stand der Technik Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) elektrisch leitfähig bei hohen Transparenz chemisch nicht resistent UV nicht stabil nicht Temperatur stabil nimmt Feuchte auf Heraeus Clevios 4

5 Stand der Technik Transparente leitfähige Oxide / Transparent Conductive Oxides (TCOs) z. B. Indium Zinn Oxid / Indium Tin Oxide (ITO) hohe elektrische Leitfähigkeit bei hohen Transparenz mechanisch stabil / Kratzfest nicht flexibel hohe Herstellungskosten durch Gasabscheidungsverfahren Verknappung der Ressourcen 5

6 Herausforderung / Motivation Trend zur Miniaturisierung verbesserte Leistung Alternativen zu TCOs neue innovative Materialien Elektrisch leitfähige transparente Beschichtungen auf organischer Basis 6

7 Kombination PEDOT und CNTs Erhaltung der bestehenden guten Eigenschaften + Verbesserungen elektrisch leitfähig bei hohen Transparenz flexibel chemisch inert eine bessere Umweltstabilität 7

8 Beispiel Transparente Heizschicht 66,7 Ω/sq, (12 V / 0,2 A) 0,04 Gew.-% CNT Transparenz von 60 % Zeit [s] Temp. [ C] 0 22,

9 Beispiel als Elektrode bei DEAs (dielectric elastomer actuators) das CNT Aspekten Verhältnis (Länge/Durchmesser) ermöglicht die Verformung der Elektrodenschicht vibrotaktile Displays für die Unterhaltungselektronik Federico Carpi, Gabriele Frediani, Alessio Sommovigo, Danilo De Rossi: Refreshable Braille cell based on dielectric elastomer actuators 9

10 Einsatz bei Textilien tragbare Elektronik Anbindung der elektronischen Komponenten untereinander Tragekomfort des Benutzers Sensoren in die Kleidung direkt einbetten elektrisch leitfähiges Material was mit der Dehnbarkeit des Textilmaterials gerecht ist das CNT Aspekten Verhältnis (Länge/Durchmesser) ermöglicht die Verformung der Elektrodenschicht 10

11 CNT Fasern Motor Ribbon Spindle MWNT forest Twisted Yarn Si substrate R. Baughmann University of Texas at Dallas 11

12 CNT Fasern Ziehen und Spinnen von Fäden B 50 µm m m R. Zhang, Baughman, Science (2004) 12

13 CNT Fasern MWNTs: 10 nm Durchmesser und 300 µm Länge A B Spinnen, drehen, flechten und verknoten von MWNT Fasern C 2 mm 2 mm 20 mm D 50 mm E R. Baughmann University of Texas at Dallas 20 mm 13

14 Textilien mit besonderen Eigenschaften mechanische Festigkeit elektrische und thermische Leitfähigkeit chemische Sensoren 14

15 Unser Angebot Materialien mit erweiterter Funktionalität Konzepterstellung, Machbarkeitsstudien, Entwicklungs- und Forschungsprojekte Formulierung der Rezeptur sowie der Prozessparameter Einbindung von Nanofüllstoffen in verschiedene Matrixsysteme Charakterisierung von mechanischen, elektrischen, optischen sowie thermischen Eigenschaften Kundengerechte Lösungsansätze für konkrete Anwendungen 15

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer IPA Prozesstechnologie Funktionale Materialen Dispersionstechnik Serhat Sahakalkan Swetlana Schesler Mathias Maier Christian König Teile der vorgestellten Arbeiten, bezogen auf die DEAs, wurden teilweise durch COST (European Cooperation in Science and Technology) in Rahmen von ESNAM (European Scientific Network for Artificial Muscles) COST Action MP1003 unterstützt. Teile der vorgestellten Arbeiten, bezogen auf die TCFs, wurdem teilweise durch BMBF in Rahmen der initiative Inno.CNT (FKZ: 03X0202A H) unterstützt. 16