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Reproduzierbare Rotationsbeschichtung

Intelligente Textilien mit organischen Halbleitern

| Redakteur: Sariana Kunze

Bei der Entwicklung von intelligenten Textilien gibt es eine Hürde: Organische Halbleiterbauelemente konnten bisher nicht reproduzierbar auf dreidimensionale Strukturen wie Fasern aufgebracht werden. Materialwissenschaftler der TU Darmstadt haben jetzt eine Maschine entwickelt, mit der elektronisch aktive Materialien auf Fäden aufgedampft werden können.

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Noch halten die leuchtenden Fasern der mechanischen Beanspruchung beim Verweben in Kleidung nicht stand.
Noch halten die leuchtenden Fasern der mechanischen Beanspruchung beim Verweben in Kleidung nicht stand.
(Katrin Binner)

„Die reproduzierbare Rotationsbeschichtung mit Halbleiterbauelementen eröffnen im Bereich der intelligenten Textilien theoretisch unzählige Anwendungen“, berichtet Prof. Heinz von Seggern, Leiter des Fachgebiets Elektronische Materialeigenschaften der TU Darmstadt. Mit anderen Worten: Das Einweben von elektronischen Bauteilen in die Kleidung ist damit aus ingenieurstechnischer Sicht einen wichtigen Schritt vorangekommen.

OLEDs auf einen Faden aufbringen

Der Materialwissenschaftler Tobias Könyves-Toth, der die Idee für die Maschine im Rahmen des Verbundprojektes LUMOLED des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF konzipiert hat, konnte organische Halbleiterbauelemente auf Glasfasern aufdampfen:

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„Wir haben uns dabei organischen Leuchtdioden gewidmet, sogenannten OLEDs, weil sie die höchsten Anforderungen an die Substrate haben. Es ist uns nun erstmals gelungen, funktionstüchtige OLEDs auf einen Faden aufzubringen und ihn zum Leuchten zu bringen. Das Aufbringen anderer Bauelemente, wie zum Beispiel Transistoren oder Solarzellen, hat andere Probleme, ist bei der Beschichtung aber im Vergleich weniger aufwändig.“

Das benötigte Vakuum stellte Forscher vor eine Herausforderung

Ein Problem bei der Faserbeschichtung ist, dass sie unter Vakuumbedingungen stattfinden muss, denn OLEDs sind gegen Sauerstoff und Wasser hochempfindlich. „Wir haben mit der Rotationsbeschichtung eine Möglichkeit gefunden, die Faser im Vakuum so zu drehen, dass sie völlig gleichmäßig beschichtet wird und wir sie anschließend ohne Luftkontakt aus dem Vakuum heraus bekommen“, erläutert Könyves-Toth.

Die Bauteile werden auf den Faden aufgebracht, indem die Materialien im Vakuum erhitzt werden, bis sie verdampfen. Wie bei auf dem Herd erhitztem Wasser, aus dem Wasserdampf aufsteigt und auf der Fensterscheibe kondensiert, kondensieren die Materialien auf der Faser. Insgesamt sieben Schichten müssen auf die Faser aufgetragen werden, von denen einzelne die Dicke von gerade mal ein paar Atomen besitzen. „Insgesamt sind die auf die Faser aufgetragenen Schichten etwa 200 Nanometer dick – das heißt, Feinstaubpartikel sind 50 Mal größer als die Schichtdicke der OLEDs.“ Und hier tut sich ein weiteres Hindernis auf: Textilfäden haben eine raue Oberfläche. Die elektronischen Bauteile funktionieren jedoch nur auf glatten Oberflächen – schon winzige Kratzer von mehr als ein paar Nanometern Tiefe können zu Defekten wie Kurzschlüssen führen.

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Über den Autor

Sariana Kunze

Sariana Kunze

Redakteurin online/print bei elektrotechnik AUTOMATISIERUNG, elektrotechnik