Metamorphose ohne Formverlust

Auf dem Weg zum gerollten Laptop und zum Chip als
Massenware: Neuer elektrisch leitfähiger Kunststoff

Bei den Stichwörtern Kunststoff und elektrischer Strom denkt man meist automatisch an Dinge wie Kabelummantelungen oder Computer-Gehäuse. Dass Kunststoffe grundsätzlich Isolatoren sind, ist jedoch ein Vorurteil. Bereits vor etwa dreißig Jahren wurde entdeckt, dass bestimmte Polymere den Strom zu leiten vermögen. Auch wenn die erste Euphorie schon lange einer gewissen Ernüchterung gewichen ist, so ist doch der Traum von falt- oder gar aufrollbaren Laptops, Tapeten-Fernsehern oder kostengünstigen Wegwerf-Chips, etwa für “intelligente” Etiketten, nicht vom Tisch. Erste Prototypen von flachen Folien-Batterien, organischen Leuchtdioden, Chips, Lasern und Solarzellen existieren bereits. Dennoch – es sind längst nicht alle Probleme hinsichtlich Materialeigenschaften und Fertigung gelöst. Ein Forscherteam um Fred Wudl von der University of California in Los Angeles hat nun einen unkonventionellen Weg zur Herstellung eines sehr haltbaren Kunststoffes mit besonders hoher Leitfähigkeit entdeckt. Es handelt sich dabei um ein spezielles so genanntes Polythiophen. Polythiophene sind einer der wichtigsten industriell genutzten leitfähigen Kunststofftypen.

Die gängigen Herstellverfahren für leitfähige Kunststoffe kranken daran, dass es in Anwesenheit der benötigten Katalysatoren oder Polymerisations-Starter nicht möglich ist, exakt definierte, hochgeordnete Polymer-Strukturen zu erhalten. Genau dies ist nun dem Wudl-Team gelungen, da ihr sehr einfacher Reaktionsweg ganz ohne Hilfsstoffe auskommt. Leichtes Erhitzen und ein paar Stunden abwarten genügt, um das Ausgangsmaterial, farblose Kristalle, in ein blauschwarzes, gut leitendes Polymer von metallischem Glanz zu verwandeln. Das Besondere an dieser “Festkörperreaktion”: Die Form des Ausgangsmaterials bleibt erhalten. Und hier liegt auch das Geheimnis der ungewöhnlichen Reaktion; das Ausgangsmaterial besteht aus Kohlenstoff-Doppelringen, die jeweils aus einem Sauerstoff-haltigen Sechs- und einem Schwefel-haltigen Fünfring aufgebaut sind. Eine ganz entscheidende Rolle spielen die beiden Bromatome, die an jedem der Fünfringe hängen. Sie sorgen dafür, dass die einzelnen Doppelringe miteinander zu langen Ketten verknüpfen. Die dabei frei werdenden Bromatome bleiben innerhalb des Polymeren gebunden und bilden dann die für die elektrische Leitfähigkeit so wichtige Dotierung des Kunststoffes.
“Mit unserer Methode können wir recht einfach auch hauchdünne, sehr stabile leitfähige Polythiophen-Filme auf nichtleitende Träger aufbringen,” sagt Wudl. “Diese könnten zur Herstellung vollständig organischer Leuchtdioden dienen.”