Wachstumsprozess skalierbar: Flexible Leuchtelemente in 2D

Würde man 80.000 von ihnen übereinanderlegen, wäre der Stapel nur so hoch wie ein flachliegendes Blatt Papier: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) und Kooperationspartner haben eine nur drei Atomlagen dünne Schicht aus Wolframdisulfid entwickelt, die leuchtet, flexibel ist und zudem stabil gegenüber äußeren Einflüssen. Mehrere Quadratzentimeter große Flächen davon wurden bereits in Bauelemente eingebettet, der Herstellungsprozess ist aber darüber hinaus skalierbar. Das Fachmagazin Advanced Optical Materials berichtet.

Die hauchdünne Leuchtschicht wächst auf einer Unterlage aus Saphir, wird anschließend behutsam mithilfe eines Lackes abgehoben, auf die Trägerfolie übertragen und der Lack aufgelöst. In groben Zügen ist das der Herstellungsprozess, über den die Projektpartner der UDE, der RWTH Aachen und der Firma AIXTRON ganze Bauelemente aus dem zweidimensionalen Material entwickelt haben. Die Methode lässt sich mit dem gleichen Material und derselben Bauelementarchitektur auf weitaus größere Flächen skalieren – das macht sie industriell interessant.

Ändert sich die Biegung, ändert sich das Licht

Unter der Leitung von UDE-Prof. Gerd Bacher entstanden so Leuchtelemente, die die Vorteile verschiedener Bauelementkonzepte verbinden: Die anorganische Wolframdisulfidschicht ist wenig anfällig gegenüber schädlichen Umgebungseinflüssen wie Sauerstoff oder Feuchtigkeit und zudem langzeitstabil.

Durch die flexible Bauweise passt sich die Struktur jeder Form an. Doch die Flexibilität birgt noch einen weiteren Vorteil: Biegt man die Folie, verzerrt sich das Kristallgitter der leuchtenden Schicht und die Wellenlänge des ausgesandten Lichts – und damit die Lichtfarbe – verändert sich. Diese Änderung ist zwar mit dem bloßen Auge nicht sichtbar, aber mit Messgeräten leicht zu erfassen.

„Das macht die Elemente zum Beispiel auch interessant als Sensoren“, erklärt Dr. Tilmar Kümmell aus der Arbeitsgruppe Bacher: „Etwas weiter gesponnen könnten wir uns etwa vorstellen, dass sie eingesetzt werden, um Verformungen oder Verbiegungen zu erkennen.“ Auf der anderen Seite ließe sich durch die präzise Biegung der Folie auch eine bestimmte Wellenlänge für das ausgestrahlte Licht einstellen.

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/37 9-8176, birte.vierjahn@uni-due.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Tilmar Kümmell, Werkstoffe der Elektrotechnik, Tel. 0203/37 9-3403, tilmar.kuemmell@uni-due.de

Originalpublikation:

D. Andrzejewski, R. Oliver, Y. Beckmann, A. Grundmann, M. Heuken, H. Kalisch, A. Vescan, T. Kümmell, G. Bacher
„Flexible large-area light-emitting devices based on WS2 monolayers“
Advanced Optical Materials 2020, 2000694
https://doi.org/10.1002/adom.202000694

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