28 Nov. Dreidimensionales Drucken von Optoelektronik
Forschenden der Universitäten Heidelberg und Stuttgart ist es nach eigenen Angaben gelungen, leitfähige Polymere dreidimensional zu drucken. Die mittels Digital Light Processing (DLP) entstehenden komplexen zwei- und dreidimensionalen Strukturen können elektrochemisch so manipuliert werden, dass sie ihre Farbe ändern, berichten die Forschenden. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Fertigung etwa von 3-D-gedruckten optoelektronischen Geräten.
Komplexe Strukturen aus dem Drucker
Digital Light Processing (DLP) ist ein lichtbasiertes des 3-D-Druckverfahren, das ein lichtempfindliches Polymer durch selektive Einstrahlung von UV-Licht schichtweise zu einem dreidimensionalen Objekt formen kann. „Während die Technologie beispielsweise in der Zahnmedizin bereits erfolgreich eingesetzt wird, war es bislang schwierig, sie für leitfähige Polymere mit Anwendungen im Bereich der Optoelektronik zu nutzen und damit direkt zu drucken“, erläutert Professor Eva Blasco. Die Wissenschaftlerin forscht mit ihrem Team am Institute for Molecular Systems Engineering and Advanced Materials der Universität Heidelberg zu neuartigen funktionalen Materialien für den 3-D-Druck. Durchgeführt wurde das Projekt nach Angaben der Partner in Kooperation mit Professor Sabine Ludwigs und ihrer Gruppe am Institut für Polymerchemie der Universität Stuttgart, die Expertinnen und Experten für leitfähige Polymere und elektrochemisches Schalten sind.
3-D-Strukturen, die ihre Farbe ändern
Die beiden Forschungsteams entwickelten eine Art Tinte auf Methacrylatbasis, die redoxaktive Carbazol-Gruppen trägt. Durch diese Redoxeinheiten können solche Materialien in ihrer Polymerkette Elektronen aufnehmen oder abgeben. Dadurch werden sie elektrisch leitfähig und sind in der Lage, in Abhängigkeit von ihrem Oxidations- oder Reduktionszustand ihre Farbe zu ändern. Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist es gelungen, diese fotoleitende Tintenformulierung für die Herstellung von Strukturen zu nutzen, die auch nach dem Drucken elektrochemisch manipulierbar und damit in ihren Eigenschaften veränderbar bleiben.
Konzept zur Herstellung elektrochromer Strukturen mithilfe von Digital Light Processing (links); Rechts: Potenzielle Anwendung in einem spektroelektrochemischen Experiment. Bild: Universität Stuttgart / GRK 2948 / F. Sterl
Türöffner für Display-Innovationen oder Soft Robotik
Mit dieser Carbazol-haltigen Tintenformulierung konnten den Forschenden zufolge unter anderem zweidimensionale Pixelarrays und Schachbrettmuster sowie eine aus mehreren Schichten bestehende dreidimensionale Pyramide direkt additiv gefertigt werden. Ursprünglich fast transparent, nahmen diese komplexen Strukturen durch elektrochemische Stimulierung erst eine hellgrüne, dann eine dunkelgrüne und schließlich eine fast schwarze Färbung an. „Dieser Prozess ist vollständig umkehrbar und lässt sich je nach Struktur pixelgenau kontrollieren. Besonders spannend ist die Kontrolle in der dritten Dimension, also in Bezug auf die Höhe der Architekturen“, betont Ludwigs. Die Kombination aus hochauflösendem, lichtbasiertem 3-D-Druck mit Redoxpolymeren eröffnet nach Angaben von Blasco und Ludwigs neue Möglichkeiten für die additive Fertigung von Pixeldisplays oder auch Aktuatoren für Soft-Robotik-Anwendungen, bei denen das Volumen elektrochemisch geschaltet werden kann.
Finanzierung
Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des von beiden Universitäten getragenen Graduiertenkollegs ‚Gemischter Ionen-Elektronentransport: Von den Grundlagen zur Anwendung‘ (GRK 2948) durchgeführt. Das Graduiertenkolleg wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
Originalpublikation:
[C. Delavier, S. Bechtold, M. H. Dodds, E. Blasco und S. Ludwigs: 3D Digital Light Processing of Redox-Active Polymers for Electrochemical Applications; Advanced Functional Materials (13. November 2025), DOI: 10.1002/adfm.202518546
Quelle: www.uni-stuttgart.de