Aufbau und Eigenschaften von Polymeren

Sie bestehen aus vielen Einzelbausteinen (sogenannten Monomeren), die miteinander verbunden sind. Das bezeichnet man auch als Fadenmolekül. Sie bestehen im einfachsten Fall aus C-Atomen und daran hängenden H-Atomen.

Farbe und Härte kann man durch den Einbau von anderen Atomen verändern. Wenn sich immer eine Doppelbindung mit einer Einfachbindung abwechselt, wird der Kunststoff zum Halbleiter. Im Gegensatz zu Silizium, wo man Fehlstellen von Elektronen herstellt oder zusätzliche einfügt (=dotiert), sind die Elektronen bei Polymeren, die Halbleitereigenschaften haben, "gleichzeitig" bei mehreren C-Atomen (das nennt man auch delokalisierte Elektronen). Durch chem. Behandlungen kann die elektr. Leitfähigkeit halbleitender Kunststoffe bis zu der von Metallen gesteigert werden. aber durch den Einfluss von Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit geht diese Leitfähigkeit bald wieder verloren.

Die Herstellung von Leuchtdioden

Früher nahm man z.B.: Silizium als Halbleiter und züchtete große Einkristalle. Das ist aber leider teuer. Die billigere Variante besteht darin polykristalline Leuchtdioden herzustellen. Doch sie leuchten nicht so stark. Plastik hingegen erfüllt beide Anforderungen, außer dass manche Kunststoffe nicht löslich oder schmelzbar sind. Darum wurden löslich Vorprodukte (=Präpolymere) hergestellt. Anschließend wird die Lösung möglichst dünn und gleichmäßig auf dem Trägermaterial (z.B.: PPV=Poly-Phenylen-Vinylen) verteilt. Die Wissenschaft hat bereits Verfahren entwickelt wie man das macht.

1) Beim "Spincoating"-Verfahren wird ein schnell rotierendes Plättchen (es besteht aus dem Trägermaterial) mit der Lösung betropft. Aufgrund der Rotation wird die Lösung gleichmäßig verteilt und überschüssige Lösung fließt ab.

2) Die "Rakeltechnik" beruht darauf, dass man die Lösung mit Hilfe einer scharfen Klinge aufträgt. Danach erhitzt man das Plättchen im Vakuum (so entsteht das eigentliche Polymer). Schon bei 150°C kommt es zu dieser chem. Reaktion. Auf diese Weise gelang es Wissenschaftlern eine Leuchtdiode mit einer Fläche von 50 cm2 herzustellen.

Der Aufbau einer Leuchtdiode

Sie besteht (im einfachsten Fall) aus drei Schichten. Die Schicht unter dem positiv-dotierten Polymer besteht aus Metall (Aluminium, Calcium oder Mangan). Die Schicht darüber grenzt an das negativ-dotierte Polymer und besteht aus elektr. leitfähigem Glas (Indium-Zinn-Oxid). Wenn zwischen den Schichten eine Spannung von mehr als 2V herrscht, beginnt die Diode zu leuchten. Die Frequenz und somit die Farbe des abgestrahlten Lichts lässt sich durch die Struktur des Kunststoffes verändern.

STOFF FARBE (des abgestrahlten Lichts)

Poly-Phenylen-Vinylen (PPV) gelb-grün Poly-Phenylen blau Poly-Methoxy-Hexyloxy-Vinylen (MEHPPV) rot

Leuchtdioden aus PPV haben eine kurze Lebensdauer und auch einen schlechten Wirkungsgrad, außerdem wird nur 0,1% der elektr. Energie in Licht umgewandelt (der Rest in Wärme). Aufgrund der unterschiedlichen Leitfähigkeit der "Löcher" ( die beim Dotieren entstehen) und der Elektronen im Halbleiter, rekombinieren sie hauptsächlich an einer Elektrode. Beim Metall-Halbleiter-Kontakt wird die Rekombination allerdings durch Verunreinigungen stark gestört. Durch das Anbringen einer weiteren Polymerschicht (dadurch findet die Rekombination zwischen den beiden Kunststoffschichten statt) wird der Wirkungsgrad um einen Faktor 100 besser. Die Besten dieser Leuchtdioden haben einen Wirkungsgrad von 5% und leuchten grün. Sie leuchten ungefähr so stark wie Leuchtdioden aus kristallinen Halbleitern.

Für die Zukunft bedeutet diese neue Technologie , dass Bildschirme und Anzeigen (Displays) viel billiger werden. Und wenn Kunststoffe sich auch bei den Transistoren und anderen Computerbauteilen durchsetzt, kann man auch hier mit günstigeren Geräten rechnen.

Persönliche Meinung

Wenn man tatsächlich Kunststoff für Displays und Halbleiter verwenden kann, führt das sicher dazu, dass diese Dinge billiger werden. Außerdem könnte man vielleicht sehr dünne Bildschirme und Computer die ebenfalls viel, viel kleiner sind erzeugen. Doch wie am Anfang vom Artikel erwähnt, ist das die Technologie der übernächsten Generation.

Fremdwörtererklärung

dotieren: gezielte Verunreinigung eines Halbleiters mit minimalen Mengen eines Dotierungselements.

Elektronenorbitale: die Umlaufbahnen der Elektronen

Heterostrukturen: organische Kunststoffe, die einzelne, anorganische (ohneC-Atome) Atome enthalten

Injektion: das Einbringen eines Stoffes

integriert: mit eingeschlossen

polykristallin: eine Substanz, die aus vielen kleinen, ungordneten Kristallen besteht, nennt man polykristallin

Photolumineszenz: Fähigkeit Licht freizusetzen

Polymer: Kunststoff

rekombinieren: zwei Teile die getrennt wurden (Elektronen und Löcher), werden wieder zusammengefügt

Substrat: Grundsubstanz