Kunststoffe mit Ordnungssinn

Flüssigkristalle als Matritzen für die Herstellung strukturierter elektrisch leitfähiger Polymere

Auf Elektronik-Messen sorgen sie immer wieder für Begeisterung: Elektrisch leitfähige Kunststoffe gelten als das Material der Zukunft für viele Bereiche der Mikroelektronik. Bauteile wie großfächige organische Displays, Folienbatterien oder Plastikchips werden in absehbarer Zeit die Serienreife erreichen.

Vorzüge der leitfähigen Polymere gegenüber anderen Materialien zur Herstellung Silizium-freier Elektronik sind hohe Stabilität, günstige mechanische Eigenschaften und einfache Verarbeitbarkeit. Allerdings läßt ihre elektronische Leitfähigkeit bisher häufig zu wünschen übrig. Sie leidet an der strukturellen Unordnung, die in den Kunststoffen üblicherweise herrscht. Samuel I. Stupp und James F. Hulvat von der Northwestern University in Evanston (USA) haben nun eine neue Technik entwickelt, die leitfähigen Polymeren eine geordnete Struktur aufzwingt.

Mehrere Ansätze, leitfähigen Polymeren Ordnung beizubringen, werden aktuell verfolgt. So berichteten wir in unserer vorigen Presseinformation (Nr. 06/2003) von einer Festkörperreaktion, bei der ein leitfähiges Polythiophen durch einfaches Erhitzen des kristallinen Ausgangsmaterials unter Erhaltung der Form erzeugt werden kann. Auch Stupp und Hulvat konzentrierten sich bei ihren Forschungen auf Polythiophene, die heute industriell bedeutendste Klasse leitfähiger Polymere. Allerdings gingen sie völlig anders vor: Sie ließen die Polymerisationsreaktion in Gegenwart eines Flüssigkristalls als „Matritze“ ablaufen.

Flüssigkristalle sind flüssige Phasen, in denen die einzelnen Teilchen wie in einem Kristall räumlich ausgerichtet, also strukturiert vorliegen. Die amerikanischen Forscher wählten ein flüssigkristallines Gel, das aus winzigen, zueinander parallelen, hydrophoben (wasserabweisenden) zylindrischen Einheiten besteht, die in einer hydrophilen (wasserfreundlichen) Umgebung schwimmen. Die Bausteine für das Polymer werden in einer dünnen Schicht dieses Gels gelöst. Da die Bausteine hydrophob sind, halten sie sich ausschließlich innerhalb der hydrophoben Zylinder auf. Mit Hilfe von elektrischem Strom wird nun die Polymerisation der Bausteine ausgelöst. Dabei ändert sich ihre Verteilung innerhalb der „Matritze“ nicht: Nach Entfernen des Gels bleibt ein dünner Polythiophen-Film übrig, der die Textur des Flüssgkristalls sowie dessen optische Eigenschaften widerspiegelt. Stupp: „Unsere neue, sehr einfache Methode könnte helfen, elektrisch leitfähige Kunststoffe mit verbesserten elektronischen Eigenschaften herzustellen.“

Kontakt:

Prof. Samuel I. Stupp
Department of Materials Science and Engineering
Department of Chemistry
Feinberg School of Medicine
Nothwestern University
Evanston
IL 60208-3108, USA

Fax: (+1) 847 – 491-3010
E-mail: s-stupp@northwestern.edu

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