Flexibles Nanonetzwerk für biegsame Displays

Jedes Display – sei es im Laptop oder Smartphone – braucht eine durchsichtige Elektrode an seiner Vorderseite. Meist wird heute das leicht brüchige Material Indiumzinnoxid verwendet, mit dem jedoch rollbare und flexible Monitore kaum herstellbar sind. Ein filigranes Netzwerk aus metallischen Nanodrähten, das Physiker entwickelt haben, bietet sich nun als Alternative an. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ berichten, bleibt es trotz sehr hoher Leitfähigkeit über einen weiten Spektralbereich durchsichtig und kann selbst durch Zerknüllen nicht zerstört werden.

Dichtes Netzwerk aus sehr feinen weißen Linien auf dunklem Grund, ein Maßstab zeigt an, dass das gesamte Bild eine Länge von einem Millimeter in der Diagonalen zeigt.
Netzwerk aus Nanodrähten

Durchsichtige Elektroden sind eine Schlüsselkomponente für alle Displays und viele Ansätze existieren für flexible Materialien, etwa auf der Basis von Graphen oder Nanoröhrchen aus Kohlenstoff. Doch die bisher höchste elektrische Leitfähigkeit erzielten Hui Wu und seine Kollegen von der Stanford University in den USA. Dazu spritzen sie aus einer extrem feinen Düse ein Netzwerk aus langen Kunststoffnanofasern auf eine Oberfläche. Diese Nanofasern beschichteten sie mit verschiedenen, elektrisch leitfähigen Substanzen wie Kupfer, Silber, Gold, Aluminium oder Nickel. Mit einem flüssigen Lösungsmittel entfernten sie dann die Nanofasern aus Kunststoff und ein feines Netzwerk aus den jeweils verwendeten Metallen blieb übrig. Dieses konnte als durchsichtige Elektrode auf die Vorderseite eines Displays deponiert werden.

Mikroskopbild, auf dem sich der verästelte Draht über eine glatte Oberfläche erhebt.
Nanodraht im Detail

Da alle metallischen Nanodrähte so nur wenige Millionstel Millimeter dick waren, blieben diese Netzwerke für sichtbares Licht, aber auch ultraviolette oder infrarote Strahlen fast vollkommen durchsichtig. Die besten Werte erzielten Hui Wu und Kollegen mit günstigem Kupfer, das Licht im Wellenlängenbereich zwischen 300 und 2000 Nanometern zu bis zu 97 Prozent durchließ und dennoch einen sehr kleinen elektrischen Widerstand von wenigen Ohm aufwies. Eingebaut in ein Schwarz-Weiß-Display für E-Books überprüften sie die Biegsamkeit der Elektrode. Tatsächlich konnte das Display sowohl gerollt als auch gefaltet werden ohne beschädigt zu werden. Selbst eng zusammengeknüllt wurden Inhalte weiterhin klar und deutlich angezeigt.

Mit diesem neuen Ansatz einer flexiblen und durchsichtigen Elektrode aus metallischen Nanodrähten könnte das bisher verwendete Indiumzinnoxid bald ersetzt werden. Vor der kommerziellen Anwendung müssen die Forscher ihr Verfahren allerdings noch für große Flächen mit hoher Ausbeute optimieren. Sollte dies gelingen, könnten die schon lang angekündigten rollbaren Displays in einigen Jahren zuerst wohl in E-Readern, die sich wie eine Zeitung aus Papier biegen und falten lassen, eingebaut werden.