Das Forschungsteam 2 der Ilmenau School of Green Electronics (ISGE) beschäftigt sich mit Polymeren als nachhaltige Alternative zu begrenzt verfügbaren Rohstoffen in der Mikroelektronik. Dazu entwickelt das Team ein bioinspiriertes Materialsystem, das sich bei Schäden selbst regenerieren kann.
Forschung
Selbstheilend und intelligent: Organische Materialien für eine neue Generation der Mikroelektronik
Silizium, Kobalt oder Lithium – Metalle wie diese sind in heutigen Elektrogeräten Standard. Gerade in Mikrochips, etwa in Smartphones, steigt der Bedarf stetig. Doch die Rohstoffe sind endlich. Organische, kohlenstoffbasierte Materialien wie Polymere lassen sich dagegen vergleichsweise einfach herstellen, sind fast unbegrenzt verfügbar – und können sogar Strom leiten. Team 2 der Ilmenau School of Green Electronics sieht in leitfähigen Polymeren eine vielversprechende Alternative zu klassischen Halbleitermaterialien. Gemeinsam erforschen Prof. Dr. Robert Geitner, Prof. Dr. Christian Dreßler und Promotionsstudentin Henrike Zacher ihre potenzielle Anwendung in der Mikroelektronik – mit dem Ziel, elektrisch leitfähige, bioinspirierte und selbstheilende Polymere zu entwickeln.
Selbstheilung der menschlichen Haut als Vorbild
Bisher scheitert der Einsatz von Polymeren in der Elektronik vor allem an der begrenzten Haltbarkeit. Bereits beim ersten Kontakt mit Sauerstoff beginnt das Material zu oxidieren – und verliert dadurch nach und nach seine elektrische Leitfähigkeit. Zentraler Ausgangspunkt der TU Ilmenau-Forschung ist es daher, das organische Material langlebiger für den Einsatz in der Mikroelektronik zu machen. Dabei orientieren sich die Forschenden am Heilungsprozess der menschlichen Haut, den sie auf Polymere in der Mikroelektronik übertragen möchten. So wie verletztes Gewebe Wunden erkennt, beschädigtes Gewebe regeneriert und ihre Schutzfunktion wiederherstellt, sollen auch die Polymere sich eigenständig reparieren können. Ein intelligenter Katalysator erkennt dabei molekulare Schäden, die durch Oxidation entstehen, schneidet sie gezielt aus dem Polymer heraus und ersetzt sie durch intakte Moleküle. Möglich wird das durch eine sogenannte Alkenmetathese – eine chemische Reaktion, bei der Doppelbindungen innerhalb von Molekülen neu geordnet werden, wie Henrike Zacher erläutert:
Unser Katalysator wirkt wie ein präzises molekulares Flickzeug. Er erkennt die beschädigte Stelle, schneidet sie heraus und ersetzt sie direkt vor Ort – ganz ohne äußere Einwirkung.
Organische Materialien für eine neue Generation von Elektronik
Konkret will das Team ein Materialsystem für den Einsatz von Polymeren in der Mikroelektronik entwickeln. Dieses soll aus drei zentralen Komponenten bestehen: einem Polymer, das elektrische Leitfähigkeit besitzt einem Katalysator, der Oxidationsschäden erkennt und repariert und einem Monomer, das als molekularer Flicken dient.
Dafür kombiniert das Forschungsteam seine Expertise: Während Prof. Robert Geitner (Physikalische Chemie/Katalase) sich mit den Materialeigenschaften auf chemischer Ebene befasst, simuliert Prof. Christian Dreßler (Theoretische Festkörperphysik) das Reaktionsverhalten der Moleküle mittels Rechenmodellen am Computer. Promotionsstudentin Henrike Zacher kombiniert beide Felder in ihrer Arbeit und entwickelt funktionale Materialsysteme, die im Labor gezielt getestet werden können. Mit ihrer Arbeit will das Forschungsteam die Grundlage für eine neue Generation organischer Elektronikmaterialien legen, wie Prof. Geitner sagt:
Unser Ziel ist es, funktionale Polymere zu entwickeln, die in realen Bauelementen eingesetzt werden können. Damit könnten wir langfristig eine nachhaltigere Alternative zu klassischen Materialien in der Mikroelektronik schaffen.
Serie Ilmenau School of Green Electronics (ISGE)
In der UNIonline-Serie zur Ilmenau School of Green Electronics (ISGE) stellen wir die Projektteams vor, die mit ihrer Forschung einen Beitrag zu einer umweltfreundlicheren IT leisten wollen. Gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung, bringt die ISGE Forschende interdisziplinär zusammen, um Elektronik nachhaltiger zu gestalten – angefangen bei intelligenten Materialien über energieschonende Datenverarbeitung bis hin zu langlebigen Elektroprodukten.
Impressionen aus der Arbeit der Projektgruppe 2
