Biegsam und extrem dünn: Forscher haben eine Technik entwickelt, die biegsame Touchscreens dünner und einfacher herstellbar macht. Dadurch kann die leitfähige Schicht der Displays auf nur wenige Atomlagen Dicke verringert werden. Zudem ermöglicht das neue Verfahren die Produktion der Touchscreens im kostengünstigen Rollendruckverfahren – das spart Geld und Rohstoffe, wie die Forscher in „Nature Electronics“ berichten.
Damit ein Touchscreen auf unsere Berührungen reagiert, ist er mit einer transparenten Schicht aus leitfähigem Material beschichtet. Typischerweise bestehen diese Beschichtungen aus einem Gemisch von Indium- und Zinnoxid (ITO). Das Problem jedoch: ITO-Touchscreens sind typischerweise eher spröde und eignen sich daher nicht für biegsame Displays. Zudem lassen sich diese Schichten bisher nur in einem relativ aufwendigen Vakuumverfahren herstellen, das keine Schichtdicken von weniger als 50 bis 500 Nanometern zulässt.
Flüssiges Metall unter Druck
Das hat sich nun geändert. Forscher um Robi Datta von der RMIT University in Melbourne haben eine Methode entwickelt, mit der sich ITO-Schichten weit dünner und einfacher als bisher herstellen lassen. „Wir haben ein altes Material genommen und daraus eine ganz neue Version erzeugt, die überragend dünn und flexibel ist“, berichtet Dattas Kollege Torben Daeneke. „Man kann es biegen, verdrehen und noch dazu weit billiger und effizienter herstellen als das langsame und teure Verfahren, das bisher gängig ist.“
Die neue Methode ist verblüffend einfach: Sie beginnt damit, dass eine Indium-Zinn-Legierung auf 200 Grad erhitzt und dadurch geschmolzen wird. Das geschmolzene Metall wird dann auf eine Unterlage aufgetragen und gepresst. Dadurch entsteht beim Abkühlen eine nur wenige Atomlagen dünne Schicht aus Indium- und Zinnoxiden, deren Kristallstruktur und Leitfähigkeit den herkömmlichen ITO-Schichten entspricht.
Transparenter und damit sparsamer
Der Clou dabei: Die auf diese Weise produzierten ITO-Schichten sind so dünn, dass das Material sich ohne Schaden biegen lässt. Das macht es möglich, künftig flexible Touchscreens auf relativ einfache und günstige Weise aus ITO herzustellen. „Das Schöne an unserem Ansatz ist, dass er keine teure oder spezialisierte Ausrüstung benötigt – man könnte das sogar in der heimischen Küche machen“, sagt Daeneke.
Zudem absorbiert dieses transparente Material nur 0,7 Prozent des hindurchfallenden Lichts, wie Tests ergaben. Damit wären Displays aus diesem ultradünnen ITO deutlich transparenter und damit auch sparsamer als herkömmliche, bis zu zehn Prozent des Lichts schluckende Touchscreens. „Das bedeutet, dass ein Smartphone mit einem Touchscreen aus unserem Material weniger Strom verbrauchen würde“, erklärt Daeneke. „Eine Batterieladung würde dadurch rund zehn Prozent länger reichen.“
Nächster Schritt ist die Marktreife
Nach Ansicht der Forscher eröffnet ihre Methode ganz neue Möglichkeiten, künftig billige und flexible Touchscreens zu produzieren. Denn dank des Druckverfahrens aus flüssigem Metall seien die ultradünnen ITO-Schichten auch im industriellen Maßstab weit günstiger und schneller zu fertigen als bisher. „Bisher gibt es außer unserer neuen Flüssigmetall-Methode keinen anderen Weg, solche vollkommen flexiblen, leitfähigen und transparenten Materialien zu produzieren“, sagt Daeneke.
Die Forscher haben ihre neue Methode bereits zum Patent angemeldet und arbeiten nun daran, das Verfahren industriereif zu machen. „Wir freuen uns, dass wir nun in dem Stadium sind, in dem wir kommerzielle Kooperationsmöglichkeiten ausloten und mit der Industrie zusammenarbeiten, um diese Technologie auf den Markt zu bringen“, sagt Daeneke. (Nature Electronics, 2020; doi: 10.1038/s41928-019-0353-8)
Quelle: RMIT University
