"Leitfähige Knete": Neues Material legt Basis für neue elektronische Kontakte

Forscher haben einen neuen Materialtyp mit molekularer Unordnung synthetisiert, der elektrischen Strom ohne Dotierung und kristalline Ordnung leitet.

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Eine künstlerische Darstellung des Kunststoffes.

(Bild: Illustration: Frank Wegloski)

Von
  • Jan Oliver Löfken

In Sensoren, flachen Displays und auch speziellen Solarzellen finden sich elektrisch leitfähige Polymere. Diese Kunststoffe verdanken ihre Leitfähigkeit entweder einer Dotierung mit Fremdatomen oder einem geordneten, kristallähnlichen Aufbau. Eine völlig neue Variante leitfähiger Kunststoffe fanden nun Forschende um John S. Anderson an der University of Chicago. Die Chemiker synthetisierten ein Material, das einerseits eine ungeordnete Struktur aufwies, andererseits aber eine hohe elektrische Leitfähigkeit besaß.

Die Grundlage für den neuen Kunststoffe bildeten so genannte Organoschwefelverbindungen – die Tetrathiafulvalene. Ergänzt um geringe Mengen an Nickel erhielten Anderson und Kollegen ein feines Pulver mit einem amorphen, also weitestgehend ungeordneten Aufbau. Aus diesem Pulver pressten die Forschenden kleine Pellets und untersuchten deren elektrischen Eigenschaften. Zu ihrer Überraschung zeigte das Material eine hohe elektrische Leitfähigkeit von bis zu 1200 Siemens pro Zentimeter. Das ist zwar deutlich weniger als alle reinen Metalle, aber dennoch ausreichend für einen Stromtransport durch elektrische Kontakte.

Die Ursache für diese ungewöhnliche Leitfähigkeit konnten die Forschenden bisher noch nicht endgültig klären. Doch sie vermuten, dass in ihrem organischen Polymer zahlreiche dünne Schichten vorliegen, entlang derer sich Elektronen bewegen können. Auch wenn diese Schichten ihre Ausrichtung verändern, bliebe die Leitfähigkeit wegen eines unregelmäßigen Überlappens der Schichten erhalten. Ein weiterer Vorteil war die große Stabilität des Materials gegenüber Luft, Feuchtigkeit und sogar Säuren und Basen.

Konkrete Anwendungen für diesen ungeordneten, leitfähigen Kunststoff schlagen die Chemiker noch nicht vor. Doch halten sie es für möglich, auf der Basis ihrer Erkenntnisse eine leitfähige Knetmasse herstellen zu können. Dank der Stabilität und leichten Verformbarkeit ließen sich dann elektrische Kontakte eleganter konstruieren als mit herkömmlichen, metallischen Leitern.

(jle)