Transistoren dehnbar wie Haut

Für ein flexibles Sensorarmband, dehnbare Displays oder intelligente Implantate wären biegsame elektronische Module ideal. Zur Lösung dieses Problems ordnen Forscher bereits starre Schaltkreise auf gefaltete oder gewellte und damit flexible Trägermaterialien. Nun entwickelte eine Forschergruppe in Kalifornien Transistoren, die bis auf die doppelte Größe gedehnt werden können, ohne ihre Schalteigenschaften einzubüßen. In der Fachzeitschrift „Science“ präsentieren die Wissenschaftler einen ersten Prototyp, der wie ein Gummi den Beugebewegungen eines Fingers folgt.

„Mit dehnbaren Halbleitern aus Polymeren können wir Schaltkreise und Sensoren entwickeln, die weich sind und sich beliebigen dreidimensionalen Strukturen anpassen können“, sagt Zhenan Bao von der Stanford University. Ihre Arbeitsgruppe suchte lange nach geeigneten Materialien, um flexible Transistoren bauen zu können. Mit einem organischen Halbleiter aus der Klasse der Polythiophene wurden sie fündig. Sie ließen dieses Material in wenige Nanometer dünnen Strängen polymerisieren. Diese halbleitenden Kunststofffäden lagerten sie über ein spezielles Verfahren – Polymer-Nanoconfinement genannt – in hauchdünne, durchsichtige und sehr elastische Filme aus einem Polystyrol-Blockpolymer ein.

Aus diesem Kompositmaterial fertigten Bao und ihre Kollegen – ergänzt mit elektrischen Kontakten aus Kohlenstoffnanoröhrchen – einzelne Feldeffekttransistoren. Aus diesen konnten die Forscher komplexere Schaltkreise bauen, die leistungsfähig genug waren, um eine einzelne Leuchtdiode zu steuern. Mehrere Dutzend Male dehnten sie dieses hauchdünne Steuermodul auf die doppelte Länge und ließen es danach ohne Zugkraft wieder schrumpfen. Dabei wurde das Modul nicht beschädigt und zeigte sowohl im gedehnten als auch im entspannten Zustand eine gute elektrische Leitfähigkeit.

Um einen Eindruck für mögliche Anwendungen zu vermitteln, klebten die Forscher ihr dehnbares Schaltmodul auf ein Fingergelenk. Trotz mehrfacher Beugungen schaltete das Modul die angeschlossene Leuchtdiode zuverlässig. Auf dieser Basis könnten nun noch komplexere Schaltkreise entwickelt werden, die für flexible Sensoren oder für die Kontrolle der Bildpunkte in dehnbaren Displayfolien geeignet wären. Allerdings müssten die biegsamen Transistorareale noch robuster werden, um nicht nur hundert Dehnzyklen, sondern mindestens einige Tausend auszuhalten.