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Serienfertigung von Elektronik aus 2D-Nanomaterialien : Ausgabe 17/2016, 19.10.2016

Graphen von der Rolle

Graphen, Kohlenstoff in zweidimensionaler Struktur, wird seit seiner Entdeckung 2004 als ein möglicher Werkstoff der Zukunft gehandelt: Sein geringes Gewicht, die extreme Festigkeit, vor allem aber seine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit wecken Hoffnungen, Graphen bald für vollkommen neue Geräte und Technologien einsetzen zu können.

Bilder: IPT

Einen ersten Schritt gehen jetzt die Forscher im EU-Forschungsprojekt «HEA2D»: Ihr Ziel ist es, das 2D-Nanomaterial von einer grossflächigen Kupferfolie durch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf Kunststofffolien und -bauteile zu übertragen. Auf diese Weise soll eine Serienfertigung elektronischer und optoelektronischer Komponenten auf Graphenbasis möglich werden.

Automobilindustrie braucht 2D-Nanomaterial

Besonders interessiert an hochleistungsfähiger Elektronik aus 2D-Materialien ist die Automobilindustrie, die diese in Schaltern mit transparenten Leiterbahnen, Symbolbeleuchtung oder Tageslichtsensoren einsetzen könnte. Aber auch in der Energieerzeugung und -speicherung sowie in der Medizintechnik finden sich Anwendungsfelder für graphenbeschichtete Folien und Bauteile.

Die Partner im Forschungsprojekt «HEA2D« entwickeln deshalb eine durchgängige Verarbeitungskette, die verschiedene Abscheideverfahren von 2D-Materialien auf Metallsubstrate, Verfahren für den Transfer auf Polymerfolien sowie die serientaugliche Übertragung auf Kunststoff-Spritzguss-Bauteile umfasst.

Forscher setzen auf ein neues Rolle-zu-Rolle-Anlagenkonzept

Um die 2D-Materialien, die durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, Chemical Vapor Deposition) bereits grossflächig auf Kupferfolie hergestellt werden können, für die Weiterverarbeitung im Spritzgussverfahren nutzbar zu machen, erforscht das Fraunhofer IPT die Übertragung auf Kunststofffolien. Für den ressourceneffizienten und gleichzeitig günstigen Transfer der zweidimensionalen Graphenschichten auf die Polymerfolien setzen die Forscher auf ein neues Rolle-zu-Rolle-Anlagenkonzept. Hier kommen verschiedene technische Verfahren wie der Schlitzdüsenauftrag flüssiger Polymere mit In-situ-Vernetzung oder das Laminieren von Transferfolien in Frage. Beide Alternativen untersucht das Fraunhofer IPT gemeinsam mit der Coatema Coating Machinery GmbH. Die Graphenproben für die Versuche werden von der Universität Duisburg-Essen bereitgestellt.

Ziel ist Prozesskette zur Herstellung graphenbeschichteter Bauteile

Die Qualität des Transferprozesses und des Graphens analysieren und bewerten Forscher der Universitäten Siegen und Duisburg-Essen, die ebenfalls am Projekt mitwirken. Auf der Basis der experimentellen Untersuchungen soll dann ein vollständiges Anlagenkonzept zum effizienten Transfer von Graphen auf Polymersubstrate erarbeitet werden.

Als Ergebnis des Projekts soll am Ende eine durchgängige Prozesskette zur Herstellung graphenbeschichteter Bauteile stehen. Diese reicht von der Simulation des CVD-Wachstums von Graphen über die kontinuierliche Abscheidung auf grossflächige Metallsubstrate im Rolle-zu-Rolle-Verfahren bis zum Transfer des abgeschiedenen Materials auf Polymerfolien und zur Integration der Folien in Kunststoffkomponenten durch Spritzgiess- und Heissprägeverfahren. Die Leistungsfähigkeit der neuen Prozesskette soll abschliessend anhand ausgewählter Prototypen, einer Folientastatur sowie Tageslichtsensoren, Photodetektoren und Symbolbeleuchtungselementen auf Folie, validiert werden. 

Infoservice

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Dipl.-Ing. Martin Priwisch
Steinbachstrasse 17, DE-52074 Aachen
Tel. 0049 241 890 43 93, www.ipt.fraunhofer.de



Für den Transfer der 2D-Graphenschichten auf die Polymerfolien setzen die Forscher auf ein Rolle-zu-Rolle-Anlagenkonzept