Polymermaterialien haben wesentliche Vorteile gegenüber konventionellen Materialien: Sie sind leicht, flexibel und können kostengünstig produziert werden. Meist bestehen sie nicht aus einer einzelnen Substanz, weil sich ihre besonderen elektrischen Eigenschaften oft erst dann ergeben, wenn man mehrere verschiedene Polymere miteinander mischt. Um dabei das optimale Material zu finden, muss man wissen, wie sich die einzelnen Polymere verbinden (und ob sie es tun) und wie die einzelnen Komponenten zu den Eigenschaften des Gesamtmaterials beitragen.

Forschende des Paul Scherrer Instituts und der Universität Cambridge (Großbritannien) ein Verfahren entwickelt, mit dem sie den detaillierten Aufbau des Materials sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche bestimmen können.
Halbleitermaterialien bilden die Grundlage der meisten elektronischen Bauteile. Während man sich bislang unter Halbleitern zerbrechliche Materialien wie Silizium vorstellen musste, könnten bald neue Materialien die Welt der Elektronik erobern – Halbleiter aus konjugierten Polymermaterialien, also speziellen Kunststoffen, die elektrischen Strom leiten können. Elektronische Bauteile aus diesen Materialien werden in der Regel nicht aus einem einzelnen Kunststoff bestehen, sondern aus einer Mischung.

„Oftmals kann man in einem Gemisch von Polymeren Materialeigenschaften erreichen, die in einem einzelnen Polymer nicht möglich sind“, erklärt Chris McNeill von der Universität Cambridge. „So ist die Effizienz von Solarzellen oder Leuchtdioden, die aus Gemischen bestehen, deutlich höher als von solchen aus Einzelmaterialien.“ Benjamin Watts vom Paul Scherrer Institut fügt hinzu: „Elektronische Bauteile aus Polymergemischen herzustellen, ist ausgesprochen schwierig. Zum einen wissen wir nicht, wie die Materialien funktionieren, zum anderen ist es schwierig die Strukturen zu sehen, die sich in einem Polymergemisch bilden, weil die Bestandteile alle sehr ähnlich aussehen.“

McNeill und Watts haben eine Methode entwickelt, mit der sie in einem Polymergemisch die einzelnen Substanzen unterscheiden können, und zwar sowohl im Inneren als auch an der Oberfläche. „Das ist sehr wichtig für elektronische Bauteile auf Grundlage von Polymerhalbleitern, weil die eigentliche „Arbeit“ im Inneren des Bauteils getan wird, das Bauteil aber über die Oberfläche mit anderen Bauteilen und damit dem Rest der Welt verbunden ist“, erklären die Forscher.

Die Untersuchungen wurden an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des Paul Scherrer Instituts durchgeführt. Synchrotronlicht ist Röntgenlicht, das von schnellen Elektronen abgestrahlt wird, die auf eine gekrümmte Bahn gezwungen werden. Es ist viel brillanter als Röntgenlicht, das von einer gewöhnlichen Röntgenröhre erzeugt wird. In der SLS wird das Licht von Elektronen erzeugt, die sich mit fast Lichtgeschwindigkeit auf einer Kreisbahn mit einem Umfang von 288 Metern bewegen. In ihrem Experiment nutzen die Forschenden unter anderem aus, dass man die Energie, also gewissermaßen die Farbe des Synchrotronlichts, sehr genau einstellen kann.

COMPAMED.de; Quelle: Paul Scherer Institut