Nanozylinder sollen den Weg zur Kunststoffelektronik ebnen

Synthese neuartiger supramolekularer Materialien für die Optoelektronik gelungen

Einem deutsch-amerikanischen Forscherteam gelang erstmals die Synthese neuartiger supramolekularer Materialien für die Optoelektronik aus organischen Kristallen und Polymeren. Die Vereinigung von konventionellen organischen Molekülen und leitfähige Polymeren zu hochsymmetrisch strukturierten Materialien mit neuartigen elektronischen Eigenschaften soll mit Hilfe einer neuen Synthese-Strategie gelungen sein.

Artikel veröffentlicht am 30. September 2002, 13:03 Uhr, Christian Klaß

Den Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Polymerforschung und ihren amerikanischen Partnern soll es mit einem einfachen Trick gelungen sein, die vorteilhaften Eigenschaften von klassischen Polymeren und Kristallen zusammenzubringen. Die Forscher synthetisierten fluorhaltige Cluster aus dendritenartig verästelten Polymeren. Werden an den Enden dieser "Dendriten" einzelne Elektronen-Donator- bzw. Elektronen-Akzeptor-Gruppen angehängt, entstehen aus diesen Dendritenbäumen kuchenstückartige Bauteile, die sich zu winzigen supramolekularen Zylindern organisieren. Beide Bestandteile, organische Materialien wie Polymere, können als Donator- oder als Akzeptor-Gruppe genutzt werden, so die Max-Planck-Gesellschaft in einer Mitteilung.

Durch Selbstorganisation sollen sich auf diese Weise aus unterschiedlichen organischen Materialien supramolekulare Flüssigkristalle herstellen lassen, die Donator-Akzeptor-Komplexe in ihrem Zentrum enthalten und vielversprechende optoelektronischen Eigenschaften aufweisen würden. Selbst ungeordnete Polymere sollen sich auf diese Weise zu wohldefinierten Zylindern verbinden. Die fluorhaltige Peripherie der Moleküle schütze dabei das Innere der drei Nanometer dicken und 50 bis 199 Nanometer langen Zylinder - wie eine Teflonbeschichtung - vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit.

Für die optoelektronischen Eigenschaften der Nanozylinder ist die Stapelung der aromatischen Ringsysteme entscheidend. Mit einer besonders raffinierten neuen NMR-Technik konnten die Mainzer Forscher um Prof. Hans Wolfgang Spiess die genaue Anordnung der nur wenige Nanometer großen zylinderförmigen Strukturen bis auf das Abstandsniveau zwischen einzelnen Wasserstoff-Atomen (3.5 Angström) aufklären - Informationen, die für die Funktionalität des Materials, d.h. für das Ausmaß der erzielbaren elektronischen Leitfähigkeit, laut Max-Planck-Gesellschaft von entscheidender Bedeutung sind. Zudem hätten die Untersuchungen ergeben, dass sich die Zylinder in den sehr regelmäßig gepackten Nanostrukturen immer senkrecht zur Oberfläche anordnen und dass diese Materialien mit 1012 Nanozylindern pro Quadratzentimeter eine hohe Dichte aufweisen würden.

Der Erfolg des Projektes beruhe im Wesentlichen auf der heutigen Leistungsfähigkeit der NMR-Spektroskopie, die ihre Resultate mit geringen Substanzmengen und in kürzester Zeit - gewissermaßen "über Nacht" - vorlegen könne. Zusammen mit den Informationen über Synthese und Funktionseigenschaften der neuen Materialien seien dadurch bereits jetzt wichtige Details ihrer molekularen Strukturen bekannt, die es erlauben würden, die neuen Materialien sehr bald in elektronischen Bauelementen einzusetzen. Besonders faszinierend erscheint hierbei die Möglichkeit, jeden einzelnen Zylinder in diesem Molekülverband separat zu nutzen, um letztlich supramolekulare elektronische Bauelemente als Alternative zur bisherigen Molekularelektronik zu verwirklichen.

Das Mainzer Max-Planck-Institut für Polymerforschung und die Universität Mainz sind seit April 2001 an dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit insgesamt 9 Millionen Euro geförderten "Zentrum für multifunktionelle Werkstoffe und miniaturisierte Funktionseinheiten" (kurz "Nanozentrum") beteiligt.