Papier-Elektronik ermöglicht dreidimensionale leitfähige Strukturen
Die Kohlenstoff-Elektronik, die Giordano und ihre Kollegen aus Papier herstellen, hält bei der Herstellung unter Sauerstoff-Ausschluss dagegen selbst Temperaturen um die 800 Grad Celsius aus und würde die gängigen Prozesse nicht durcheinander bringen. Und das ist nicht der einzige Trumpf einer Elektronik aus Papier: Das leichte und preiswerte Material lässt sich auch denkbar einfach verarbeiten, und das sogar zu dreidimensionalen leitfähigen Strukturen.
In Graphit verwandeln die Potsdamer Forscher die Cellulose des Papiers mit Eisennitrat als Katalysator. „Mit einem handelsüblichen Tintenstrahldrucker tragen wir eine Lösung des Katalysators in einem fast beliebig feinen Muster auf ein Blatt auf“, sagt Stefan Glatzel, der die Elektronik in seiner Doktorarbeit aufs Papier gebracht hat. Wenn die Forscher die mit Katalysator bedruckten Bögen in einer Stickstoff-Atmosphäre nun auf 800 Grad Celsius erhitzen, setzt die Cellulose solange Wasser frei, bis nur noch reiner Kohlenstoff übrig bleibt. Während in den bedruckten Bereichen jedoch eine elektrisch leitende Mischung aus den regelmäßig strukturierten Kohlenstoffblättern des Graphit und Eisencarbid entsteht, lässt die Hitze die restlichen Gebiete als Kohlenstoff ohne regelmäßige Struktur zurück, der nicht leitfähig ist.
Dass auf diese Weise tatsächliche präzise geformte Leiterbahnen entstehen, bewiesen die Forscher in einem einfachen Experiment: Sie druckten den Katalysator zunächst im Muster der Minerva, des filigranen Symbols der Max-Planck-Gesellschaft, auf eine Blatt Papier und verwandelten das Muster in Graphit. Anschließend verwendeten sie die Graphit-Minerva als Kathode, die sie elektrolytisch mit Kupfer überzogen. Nur auf den Linien, die der Drucker vorgezeichnet hatte, schied sich dabei das Metall ab.