Polymerelektronik

Seit Jahren wird auf dem Gebiet sogenannter Polymerelektronik geforscht. 

Darunter werden elektronische Bauelemente verstanden, welche ganz oder teilweise aus leitenden oder halbleitenden Polymeren bestehen.

Die elektrische Leitfähigkeit bestimmter Polymere beruht auf deren Reichtum an C ?C-Doppelbindungen, welche häufig konjugiert auftreten. Doppelbindungen sind charakterisiert durch zur Polymerkette senkrecht angeordnete p-Elektronen-Verteilungen. Diese besitzen, im Gegensatz zu denn Bindungselektronen (s-Elektronen) eine hohe Beweglichkeit entlang der Polymerkette. Bei Anlegen eines elektrischen Feldgradienten springen die Elektronen von einer Polymerkette zur nächsten über. Durch Anlagerung von Elektronendonatoren bzw.-akzeptoren an die Polymerketten lassen sich elektronisch angereicherte bzw. –verarmte halbleitende Polymere herstellen, bei Kombination Schottky-Übergänge bilden in Analogie der klassischen Halbleiter Si, GaAs usw. Der Nachteil einer etwa tausendfach geringeren Elektronenbeweglichkeit lässt sich durch konsequenten Einsatz der Dünnschichttechnik begrenzen.
Den Nobelpreis für Chemie im Jahr 2000 erhielten die Forscher Alan Heeger, Alan Mc. Diarmid und Hideki Shirakawa für die Entdeckung und Entwicklung derartiger elektrisch leitfähiger Kunststoffe. 

Führende Elektronikfirmen wie z.B. AT&T, Motorola, Philips, Sharp, Toshiba sowie Xerox stehen auf der Patentliste für Polymer- LED (OLED, organic light emission diodes) und andere elektrisch leitfähige Polymere, darunter auch polymere Elektrolyte.

Auch [  1  ] forscht u.a. an:

vKonjugierten Polymeren mit halbleitenden Eigenschaften,

velektrolumineszierenden Polymeren, die durch Stromzufuhr leuchten,

vfluoreszierenden Polymeren, die die Wellenlänge des Lichtes verschieben, 

vphotovoltaischen Polymermaterialien, die Licht in elektrische Spannungen wandeln,

vphotochromen Polymeren, die optische Daten reversibel und irreversibel speichern können, sowohl digital als auch holographisch,

vphotosensitiven Polymeren, die Flüssigkristalle für mögliche Displays orientieren,

vpiezoelektrischen Polymeren, die Druck und Schwingungen in elektrische Spannungen umwandeln und 

vpolymeren Elektreten, die elektrische Ladungen speichern.

Durch die Fachpresse geistert die bisher noch nicht erfüllte Vision eines polymeren Speichermaterials, z.B. [ 2 ].

Das Prinzip eines polymeren Speichers beruht auf
Folgendem [  3  ]: Eine Polymerschicht, die über eine Passiv-Matrix angesteuert wird, strahlt Licht auf das Speichermedium, eine Proteinschicht. Das Licht schaltet die Proteine zwischen zwei stabilen Zuständen hin und her. Die beiden Zustände unterscheiden sich dadurch, welche Lichtfarbe sie absorbieren und welche sie durchlassen [ 4 ]. Einmal geschaltet, bleiben die Zustände auch ohne Licht stabil. Mit Licht geringerer Intensität, das den Speicheinhalt nicht löscht, liest man die Daten aus. In einem Zustand absorbieren die Proteine mehr, im anderen weniger Licht. Eine weitere Polymerschicht, ebenfalls matrixgesteuert, dient als Photodetektor und misst das am Protein gestreute Licht.

Renommierte Wissenschaftler bestätigen die prinzipielle Möglichkeit, zukünftig nichtflüchtige Speicher auf der Basis lichtemittierender Polymere und Proteine herzustellen. Dies ergäbe bei Anwendung in der Computerwelt eine Revolution.

[ 2 ] Tom Sperlich, das ei des Kolumbus, Eiwieß als nachfolger von Silizium, c’t 10/96, S. 106

[ 4 ] Jens Krätzschar, Naturspeicher, Bakteriorhodopsin: Bio-Material zur Informationsverarbeitung, c’t 2/93, S.44

Ins Netz gestellt am 19.02. 2001.

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