Polymere, Halbleiter und mehr – Was ist organische Elektronik?

Polymere und Halbleiter - die Welt der organischen ElektronikWenn von organischer Elektronik die Rede ist, dann könnten das Unwissende wohl für Zukunftsmusik halten oder für irgendein Fachwort aus einer Science-Fiction Serie. Tatsächlich handelt es sich aber bei der organischen Elektronik um ein Teilgebiet der Elektronik. Genauer genommen geht es um elektrische Schaltungen. Die Besonderheit in diesem Gebiet besteht darin, dass diese Schaltungen oder Teile davon entweder auf Kunststoffen oder aber organischen Verbindungen aufbauen. Das ist mindestens interessant, bietet darüber hinaus aber enorm viele Möglichkeiten, die auch schon genutzt werden. Faszinierend ist es bereits jetzt, aber der Ausblick auf die Zukunft kann sogar noch spannender sein. Schon jetzt kennt jeder Produkte, die mit solcher Elektronik arbeiten. Viele Webseiten wie zum Beispiel orgworld.de informieren auch über das Thema und auch in diesem Artikel werden sie mehr darüber erfahren, was sich unter organischer Elektronik verstehen lässt.

Was versteht man unter organischer Elektronik?

Wenn von organischer Elektronik gesprochen wird, ist damit das gleichnamige Teilgebiet der Elektronik gemeint, bei dem Kunststoffe oder auch organische Verbindungen mit Leiterfähigkeiten genutzt werden, um Schaltkreise zu bauen. Klassischerweise wird Elektrotechnik mit leitfähigen Metallen genutzt, aus denen sich dann die einzelnen Bauteile zusammensetzen. Bei der organischen Elektronik werden aber auch Alternativen genutzt. Auf der einen Seite elektrisch leitfähige Polymere, also Kunststoffe, und ebenso auch organische kleine Verbindungen. Beides zusammen bietet enorm viele neue Möglichkeiten, die heutzutage teilweise schon genutzt werden oder die vor allem auch in der Zukunft noch eine große Rolle spielen könnten.

 

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Hauptsächlich werden Polymere aus Kunststoff verwendet, weshalb beispielsweise auch der Begriff der Plastikelektronik oder Kunststoffelektronik verbreitet ist. Ebenso bürgert sich immer mehr der Begriff der Polytronik ein. Wichtig ist letztendlich, dass die genutzten Stoffe bzw. Baumaterialien leitfähig sind. Das kann leitend oder auch halbleitend sein. Ebenso kommen aber auch Bauelemente ohne Leitereigenschaften zum Einsatz. Kunststoffe sind auch in der normalen Elektronik ganz normal. Im Grunde ist jedes Kabel, ob groß oder klein, von einer Kunststoffhülle umgeben.

Wie funktioniert organische Elektronik?

Die Funktionsweise von organischer ElektronikLetztendlich funktioniert organische Elektronik genauso wie auch normale Elektronik bzw. lässt sich eigentlich nur anhand der Bauteile ein wesentlicher Unterschied ziehen. Ein Stromkreislauf mit Bauelementen funktioniert immer auf dieselbe Weise. Insofern muss ein Stromkreislauf geschlossen sein, damit ein Schaltkreis funktionieren kann. Je nach Bauelementen können dann verschiedene Funktionen erfüllt werden. Die Unterschiede sind zum einen in der Herstellung zu finden, zum anderen auch im Gebrauch. Polymerelektronik erlaubt durchaus mehr Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise Schaltungen auf flexiblen Folien. Auch wenn die Technik heute noch kaum auf dem Markt ist, könnte sie in Zukunft umso zentraler im Alltag vorzufinden sein. Beispielsweise bei sich veränderten Preisschildern, die direkt auf dem Produkt zu finden sind.

Was sind Polymere?

Bei Polymeren handelt es sich zunächst um chemische Stoffe, die sich aus Makromolekülen zusammensetzen. Für die Elektroniktechnik werden Kunststoffe genutzt, um leitfähige Polymere herzustellen. Normale Polymere haben keine Leitereigenschaften. Um die bei den neuen Kunststoffen zu erreichen, werden konjugierte Doppelbindungen auf chemischer Ebene genutzt. Diese ermöglichen die freie Beweglichkeit von Ladungsträgern, was letztendlich den Stromfluss ermöglicht. Zunächst hat ein Polymer Halbleitereigenschaften. Durch eine chemische Dotierung jedoch kann eine komplette Leitfähigkeit erreicht werden.

Die Ursprünge der organischen Elektronik

Kunststoffe wurden schon früh in der Elektrotechnik eingesetzt, jedoch meist eben für die Isolierung, da es eben keine leitenden Fähigkeiten gab. Doch Anfang der 70iger Jahre des letzten Jahrhunderts wurden erstmals auch leitfähige und halbleitende Polymere aus Kunststoff eingesetzt, um damit Schaltkreise zu bauen. Im Jahr 2000 wurde diese Arbeit dann sogar mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Der Preis ging an Alan J. Heeger und Alan MacDiarmid aus den USA sowie Hideki Shirakawa aus Japan. Zwar ist die Technik bis heute noch immer sehr im Entwicklungsstadium, doch schon jetzt zeigt sich, wie sehr es die Elektronik verändern wird.

Die Vorteile der organischen Elektronik

Die Vorteile der organischen Elektronik müssen vor allem im Vergleich mit der bisherigen Elektrotechnik benannt werden. Diese baut meist auf Silizium und Kupfer auf, also Stoffe, die auch erst als Ressourcen brauchbar gemacht werden müssen. Die Polymere aus Kunststoff haben zum einen den Vorteil, billiger in der Herstellung zu sein. Das kann langfristig zu niedrigeren Kosten in der Elektronik führen, aber auch zu einem noch alltäglicheren Einsatz von elektronischen Bauteilen. Dafür sorgt auch der zweite Vorteil, der darin besteht, dass das organische Material wesentlich flexibler ist und damit Elektronik tatsächlich an Stellen eingesetzt werden kann, wo es bisher nicht ging.

 

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Somit eignet sich die organische Elektronik auch für Massenwaren, die im Alltag genutzt werden können. Beispiel bei RFID-Tags, die in Personalausweisen und Smartphones zum Einsatz kommen. Andererseits aber auch für Photovoltaikanlagen, die dadurch noch gezielter und kostengünstiger eingesetzt werden. Gerade auch bei Smartphones und Computern wird organische Elektronik eine immer größere Rolle spielen. Flachbildschirme sind eine Einsatzmöglichkeit. Ebenso auch flexible Display, sodass irgendwann das Smartphone tatsächlich gefaltet werden kann.

Einsatzgebiete der organischen Elektronik

Die Polymere aus Kunststoff und die organischen Grundmaterialien bieten viele Möglichkeiten. Da klassische Leitfähigkeiten noch nicht ganz ersetzt werden können, suchen Forscher vor allem auch nach neuen Anwendungsmöglichkeiten, bei denen organische Elektronik zum Einsatz kommen kann. Es ist also noch nicht abzusehen, dass alsbald schon ein erster kompletter Computer nur aus organischer Elektronik gebaut wird. Anwendungsmöglichkeiten sind unter anderem Flachbildschirme, Displays (beim Kinder-Tablet, TV oder Notebooks) oder auch elektronisches Papier. Letzteres ist der Versuch, Papier in elektronischer Form nachzubilden. So etwas lässt sich heute beispielsweise schon bei eReadern sehen, die aber natürlich noch ein ganzes Stück von normalem Papier entfernt sind.

 

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Andere Anwendungsgebiete könnten vor allem sehr zukunftsträchtig sein und gehören zu Themen, die tagtäglich eine Rolle spielen. Beispielsweise, wenn es um den Klimawandel geht. Photovoltaik ist da ein wichtiger Baustein, also die Nutzung von Sonnenenergie. Doch die Technik hat noch Luft nach oben und ist vor allem auch nicht preisgünstig. Organische Elektronik könnte in Photovoltaikanlagen zum Einsatz kommen und so stark die Kosten senken. Andere Anwendungsmöglichkeiten sind in Chipkarten oder auch Sensoren. Die organische Elektronik ist durchaus vielseitig. Auf der einen Seite kann mittels Leuchtdioden Licht erzeugt werden, auf der anderen aber auch Licht durch Solarzellen in Strom umgewandelt werden.

Informationen zur organischen Elektronik

Gerade für Einsteiger in das Thema kann es durchaus nicht ganz so einfach sein. Vorkenntnisse in der Elektrotechnik sind natürlich sehr hilfreich. Aber auch ohne zeigt sich schnell, dass der Einsatz von Kunststoffen bzw. Polymeren und organischen Verbindungen eben keine Selbstverständlichkeit ist. Organische Elektronik wird aber ein Thema, das immer wichtiger werden wird und es kann nicht schaden, sich darüber zu informieren und weitere Informationen zu erhalten.

Das Internet bietet da auch viele Quellen. Beispielsweise natürlich Wikipedia, ebenso aber auch Seiten wie die Organic Semiconductor World (Internet: orgworld.de. Dort lassen sich Informationen zum Thema allgemein finden, aber auch immer Neuigkeiten und Berichte zu Kongressen, die zum Thema gehören. Insofern bietet das Internet alle Möglichkeiten, um beim Thema organische Elektronik voll auf dem Laufenden zu bleiben.

Fazit zur organischen Elektronik

Tendenziell lässt sich organische Elektronik sehr einfach beschreiben, da es sich letztendlich eben auch einfach um Elektrotechnik handelt. Der wesentliche Unterschied zur bekannten Technik besteht aber im verwendeten Material. Durch leitfähige Polymere können auch Kunststoffe eingesetzt werden, ebenso organische Verbindungen. Noch wird viel geforscht und entwickelt, aber das Potenzial ist groß.

Es gibt derzeit zwei große Vorteile, die für die organische Elektronik sprechen. Das sind einmal die Kosten, mit denen in Zukunft beispielsweise auch Photovoltaikanlagen wesentlich kostengünstiger werden können. Zum anderen können Elemente aus organischer Elektronik wesentlich flexibler sein. So können damit flexible Displays entwickelt werden oder auch kleine Chips, die im Personalausweis zu finden sind. Die Zukunft wird sicher noch einige spannende Entwicklungen auf dem Gebiet bereithalten.

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