Forschungsbereich Funktionale Polymersysteme

Funktionsmaterialien und Bauelemente

Neue Funktionsmaterialien, industrienahe Technologien, automatische Beschichtungen, Druckverfahren für Bauelemente sowie Lichterzeugung und Energiegewinnung stehen im Mittelpunkt unserer Entwicklungen.

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Polymere und Elektronik

Wir entwickeln neue organischen Funktionsmaterialien und passen diese den aus Lösung basierten Verarbeitungsprozessen an.

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Chromogene Polymere

Im Fokus unserer Arbeiten stehen thermochrome Kunststoffe, die bei Temperaturwechsel ihre Farbe und/oder Transparenz ändern.

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Sensoren und Aktoren

Wir beschäftigen uns mit Sensoren, die aus Polymermaterialien aufgebaut werden und entwickeln kundenspezifische Aktuatoren.

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Kunststoff-Elektronik auf dem Vormarsch

Wir erforschen Materialien mit speziellen optischen und elektronischen Eigenschaften sowie Prozesse und Konzeptionen für kundenspezifische Anwendungen. Das Spektrum reicht von der Entwicklung von Materialien mit halbleitenden Eigenschaften über chromogene, phototrope bis hin zu leuchtenden Polymeren, die zu OLEDs verarbeitet werden. Druckverfahren setzen wir ein, um z. B. organische Solarzellen kostengünstig herzustellen. Auf dem Gebiet der polymeren Oberflächen sind Plasmabehandlung, Funktionalisierung und das Aufbringen dünner Schichten abrufbare Methoden.

Unser Leistungsspektrum

Wir entwickeln kundenspezifische Anwendungen im Bereich der organischen Leuchtdioden (OLED), der organischen Photovoltaik (OPV), der organischen Elektronik, der Sensorik und Aktorik. Dafür benötigen wir Materialien mit berechenbaren und reproduzierbaren Eigenschaften. Mit Hilfe anisotroper Funktionsschichten lassen sich Elemente für flüssig­kristalline Anzeigen wie Farbfilter herstellen. Über so genannte thermochrome Materialien, lassen sich Farbintensitäten und Farben zielgerichtet steuern. Außerdem können  viele neue Einsatzbereiche erschlossen werden, indem die Oberflächeneigenschaften von Polymeren angepasst werden. Druckverfahren setzen wir ein, um z. B. organische Solarzellen kostengünstig herzustellen.

 

Materialentwicklung

  • Materialien, Technologien und Bauteile für die organische Elektronik
  • thermochrome und Photochrome Materialien
  • polymere Nanocomposite und Quantum Dots
  • optische Funktionselemente
  • halbleitende Materialien
  • piezoelektrische und pyroelektrische Materialien
  • flüssigkristalline Polymere
  • Rapid Prototyping durch Laserstrukturierung
  • organische und hybride Sensoren und Aktoren
  • Oberflächenfunktionalisierung und Analytik

 

Anwendungsbeispiele

  • organische Leuchtdioden und Displays
  • Photovoltaik
  • organische Elektronik
  • optische Komponenten
  • organische und hybride Sensoren und Aktoren
  • Oberflächenfunktionalisierung und Analytik

Unsere Forschungsthemen

Dünner, leichter, effizienter − technische Geräte müssen heutzutage immer höhere Anforderungen erfüllen. Konventionelle Technologien wie die Halbleiterelektronik stoßen dabei oft an ihre Grenzen. Kunststoffe hingegen haben hier große Potenziale. Materialien und Technologien für Anzeigen (organische Leuchtdioden, OLEDs), zur Energieerzeugung und -wandlung (organische Photovoltaik), für die Sensorik und die Aktorik sowie für optische Komponenten werden am Fraunhofer IAP im Forschungsbereich »Funktionale Polymersysteme« entwickelt.

Das 2012 eröffnete Anwendungszentrum für Innovative Polymertechnologien am Fraunhofer IAP bietet uns die Möglichkeit, Produkte und Verfahren im Technikumsmaßstab unter industrienahen Bedingungen zu realisieren − eine entscheidende Voraussetzung für die Überführung in kommerzielle Produkte. Die für industrielle Anwendungstests relevanten Materialmengen können hier erzeugt und Technologien für die industriebezogene Entwicklungen durchgeführt werden, beispielsweise für organischen Leuchtdioden (OLED) oder Solarzellen.

Highlights 2019

Der ESJET (Electrostatic Jetting) Druck ist eine neue Drucktechnologie für großflächige, lösungsverarbeitete Displays der Zukunft. Im Vergleich zum etablierten Inkjet-Druck ermöglicht die Technik eine höhere Auflösung sowie unterschiedliche Druckmodi wie drop on demand oder ein kontinuierliches Jetten. Weiterhin sind Tinten mit einem deutlich größeren Viskositätsbereich als im Inkjet-Druck für die Verarbeitung zugänglich. Innerhalb eines EU-geförderten Forschungsprojekts haben wir zusammen mit den Forschungszentren imec und TNO/Holst den hochauflösenden ESJET-Druck für die Herstellung von AM (Aktiv Matrix)-OLEDs eingesetzt, wobei Pixelgrößen von 10 µm erzielt wurden, die einer RGB-Auflösung von 300 dpi entsprechen. Diese Arbeiten wurden auf der IDTechEx Printed Electronics 2019 mit dem Best Institute / Academic R&D Award ausgezeichnet. Mit dem zuverlässigen Druck kleiner Strukturen mittels ESJET werden neue Anwendungen adressiert vom Druck von OLED Displays hin zu Elektroden für unterschiedliche Anwendungen lautete die Begründung der Jury für die Preisvergabe.


Im Rahmen eines BMBF geförderten Projekts mit Universitäten und den Firmen Merck und Osram wurden auf Basis unserer langfristen Erfahrungen im Bereich der OLED Ladungstransportmaterialien mit neuen Kopplungsmechanismen mit Quantenpunkten entwickelt, die es ermöglichen, die QD Schichten anschließend zu drucken.


Quantenpunktbasierte (QD) Farbfilter für MikroLEDs sind eine der vielversprechendsten Zukunftstechnologien für Displays. Durch diese Technologie werden Displays noch brillanter, effizienter und sogar dünner, im Vergleich zu Displays mit herkömmlichen Farbfiltern. Wir arbeiten zusammen mit dem Korean Electronic Technology Institute (KETI) in einem Forschungsprojekt gemeinsam an der Entwicklung von gedruckten QD-Farbfiltern für MikroLEDs. Gleichzeitig konnte ein Forschungsprojekt zu gedruckten elektrolumineszenten QD-LEDs mit deutschen und koreanischen Partnern gestartet werden.


Im Rahmen des Projekts PolyKARD werden biomimetische Polymere entwickelt, die die biologischen und mechanischen Materialeigenschaften des Herzbeutels aber auch Herzklappen, Blutgefäße, Stents, Sehnen oder Septumverschlüsse nachahmen sollen. Das Besondere daran ist, dass die Implantate aus Photopolymeren bestehen und individuell im 3D-Drucker oder mittels Elektrospinning hergestellt werden können. Die Monomere werden dafür als Tinten, bzw. Harze entwickelt. Sie polymerisieren erst, wenn sie mit UV-Licht bestrahlt werden.


Bei zukünftigen Batteriesystemen ist die Verwendung von festen, nicht brennbaren Elektrolyten zur Erhöhung der intrinsischen Sicherheit und Leistungsfähigkeit von existenzieller Bedeutung. Es werden neue Polymerkonzepte zur Verbesserung der ionischen Leitfähigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der mechanischen Festigkeit, thermischen und chemischen Stabilität für verschiedene Batteriesysteme erarbeitet. Dazu werden auch die Verarbeitungsprozesse entwickelt. Eine wichtige Komponente für die Entwicklung von Elektrolysezellen sind die in der Zelle verwendeten Membranen. Die etablierten perfluorierten Membranwerkstoffe wie Nafion sind in ihrer Eignung begrenzt. Aus diesem Grund wird extensiv nach alternativen Materialien gesucht. Am Fraunhofer IAP werden neue Lösungsansätze für den Aufbau von heteroaromatischen Hauptkettenpolymeren mit hohen Anteilen an Sulfonsäure- bzw. Hydroxygruppen erarbeitet und die Prozesse zur Membranbildung entwickelt.

Armin Wedel

Contact Press / Media

Dr. Armin Wedel

Abteilungsleiter | Funktionsmaterialien und Bauelemente

Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1910

Silvia Janietz

Contact Press / Media

Priv.-Doz. Dr. habil. Silvia Janietz

Abteilungsleiterin | Polymere und Elektronik

Geiselbergstraße 69
14469 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1208

Christian Rabe

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Dr. Christian Rabe

Abteilungsleiter | Chromogene Polymere

Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-2320

Michael Wegener

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Dr. Michael Wegener

Abteilungsleiter | Sensoren und Aktoren

Geiselbergstraße 69
14476 Potsdam-Golm

Telefon +49 331 568-1209

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