Neuartiges 2D-Materialdesign für stabilere elektronische Tinten
Elektronische Tinten sind ein wichtiges Glied in der Kette von Ereignissen zur Etablierung elektronischer Geräte in allem, was wir nutzen, von Kleidung über Bücher bis hin zu Lebensmittelverpackungen. Nach der vollständigen Entwicklung sollen diese Tinten die meisten technischen und konstruktiven Einschränkungen beseitigen und die Produktionskosten senken. Sie könnten die perfekte Ergänzung zu neuen 2D-Materialien sein, wenn es da nicht einige Schwierigkeiten bei ihrer Vorbereitung gäbe. Elektronische Tinten bestehen in der Regel aus dispergierten elektronischen Materialien und, im Falle von 2D-Materialien, einer langen Liste von Zusatzstoffen. Der Haken dabei: Für die Vorbereitung elektronischer Materialien ist es wichtig, dass diese einen hohen Reinheitsgrad aufweisen. Die Zugabe von Zusatzstoffen in die Tinten verringert jedoch die Leistung dieser Materialien. Das EU-finanzierte Projekt 2D-INK ging dieses Problem an und entwickelte einen neuen Ansatz für 2D-Materialtinten. Prof. Aurelio Mateo, Koordinator des Projekts im Auftrag von POLYMAT (Institut für Polymermaterialien der Universität des Baskenlandes), weist auf Folgendes hin: „dies ist eine große Herausforderung, da 2D-Materialien wie Papierblätter sind und sich leicht aufstauen können, weshalb sie für die Herstellung von Tinten ungeeignet sind.“ Die innovativen Tinten von 2D-INK bestehen allerdings nicht aus durchschnittlichen 2D-Materialien. Sie haben die gleiche Struktur wie zerknitterte Papierblätter, was das Aufstauen verhindert und das Mischen mit Flüssigkeiten ermöglicht, um stabile Tinten zu erhalten. „Der Weg dorthin war nicht leicht“, so Prof. Mateo. „Während der gesamten Projektdauer kam es immer wieder zu Problemen. Zum Beispiel mussten wir, nachdem wir die neuen Materialien synthetisiert hatten, sicherstellen, dass sie tatsächlich in die Tinten integriert werden können. Da aber keine Techniken zur Verfügung stehen, um ihre Struktur zu bestimmen, mussten diese Techniken parallel zum Syntheseverfahren entwickelt werden. Tinte herstellen zu können bedeutet nicht, dass sie auch die gewünschten Eigenschaften haben wird.“ Das Konsortium hat diese Probleme dank der gemeinsamen Bemühungen verschiedener Forschungsgruppen mit Fachwissen in unterschiedlichen Bereichen der Chemie und Physik erfolgreich gemeistert. Wie Prof. Mateo bereitwillig eingesteht, wäre dies für ihn allein ein unmögliches Unterfangen gewesen. Von der Synthese bis zur Kommerzialisierung Das 2D-INK-Projektteam hat bereits mehrere mögliche Anwendungen neben der Herstellung elektronischer Geräte geprüft, wie beispielsweise die Modifizierung von Elektroden für die Elektrokatalyse oder sogar Energiespeicheranwendungen. Solche Anwendungen könnten sich aus der weiteren Zusammenarbeit mit Graphenea ergeben, einem Unternehmen, das aktiv an der Formulierung und Charakterisierung von Tinten für die neuartigen 2D-Materialien des Projekts mitgewirkt hat. Prof. Mateo hebt hervor, dass „ein großes Interesse an in Flüssigkeiten dispergierten 2D-Materialien besteht, da sie voraussichtlich die Kosten für die Herstellung von Geräten und Produkten mit den Eigenschaften von 2D-Materialien senken werden.“ Graphenea wurde kürzlich in zwei getrennte Bereiche aufgeteilt, von denen sich einer auf die Dispergierung von 2D-Materialien in Flüssigkeiten konzentriert. Eine Kommerzialisierung ist noch nicht geplant, da es noch einige grundlegende Fragen zur Leistungsfähigkeit der neuen Tinten zu beantworten gilt. Prof. Mateo ist jedoch zuversichtlich, dass es nach der Beantwortung dieser Fragen möglich sein wird, das richtige Preis-Leistungs-Verhältnis zu finden, um ein Produkt herzustellen.
Schlüsselbegriffe
2D-INK, elektronische Tinte, Zusatzstoffe, Tintensynthese
