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Metalle Hauchdünne Wolframdisulfid-Schicht lässt Bauelemente leuchten

Redakteur: Juliana Pfeiffer

Sie ist nur drei Atomlagen dünn – eine Schicht aus Wolframdisulfid. Sie leuchtet, ist flexibel und stabil. Ihr Einsatz: als 2D-Leuchtelement oder sogar als Sensor. Entwickelt wurde sie an der Uni Duisburg-Essen.

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Folie mit 1 cm Kantenlänge mit vier Lichtemittern; das Inset zeigt einen davon in Betrieb. Der weiße Balken entspricht 2 mm.
Folie mit 1 cm Kantenlänge mit vier Lichtemittern; das Inset zeigt einen davon in Betrieb. Der weiße Balken entspricht 2 mm.
(Bild: Andrzejewski et al., Advanced Optical Materials 2020, 2000694, Published by Wiley-VCH, Weinheim)

Würde man 80.000 von ihnen übereinanderlegen, wäre der Stapel nur so hoch wie ein flachliegendes Blatt Papier: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen und Kooperationspartner haben eine nur drei Atomlagen dünne Schicht aus Wolframdisulfid entwickelt. Diese Schicht leuchtet, ist flexibel und zudem stabil gegenüber äußeren Einflüssen.

Hauchdünne Leuchtschicht wächst auf Saphir-Unterlage

Mit dem skalierbaren Herstellungsprozess haben die Projektpartner der Universität Duisburg-Essen, der RWTH Aachen und der Firma Aixtron ganze Bauelemente aus dem zweidimensionalen Material in mehreren Quadratzentimeter großen Flächen entwickelt.

Dabei wächst die hauchdünne Leuchtschicht auf einer Unterlage aus Saphir. Anschließend wird sie behutsam mithilfe eines Lackes abgehoben, auf die Trägerfolie übertragen und der Lack aufgelöst.

Die Methode lässt sich mit dem gleichen Material und derselben Bauelementarchitektur auf weitaus größere Flächen skalieren – das macht sie industriell interessant. Über ihre Arbeit hat das Fachmagazin Advanced Optical Materials berichtet.

Ändert sich die Biegung, ändert sich das Licht

Unter der Leitung von Prof. Gerd Bacher der Universität Duisburg-Essen entstanden so Leuchtelemente, die die Vorteile verschiedener Bauelementkonzepte verbinden: Die anorganische Wolframdisulfidschicht ist wenig anfällig gegenüber schädlichen Umgebungseinflüssen wie Sauerstoff oder Feuchtigkeit und zudem langzeitstabil.

Durch die flexible Bauweise passt sich die Struktur jeder Form an. Doch die Flexibilität birgt noch einen weiteren Vorteil: Biegt man die Folie, verzerrt sich das Kristallgitter der leuchtenden Schicht und die Wellenlänge des ausgesandten Lichts – und damit die Lichtfarbe – verändert sich. Diese Änderung ist zwar mit dem bloßen Auge nicht sichtbar, aber mit Messgeräten leicht zu erfassen.

„Das macht die Elemente zum Beispiel auch interessant als Sensoren“, erklärt Dr. Tilmar Kümmell aus der Arbeitsgruppe Bacher: „Etwas weiter gesponnen könnten wir uns etwa vorstellen, dass sie eingesetzt werden, um Verformungen oder Verbiegungen zu erkennen.“ Auf der anderen Seite ließe sich durch die präzise Biegung der Folie auch eine bestimmte Wellenlänge für das ausgestrahlte Licht einstellen.

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