Forschung -

Kupferbasierte Alternative für zukünftige Elektronik

Japanische Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, mit dem man eine Kupfersubstanz in ein Material verwandelt, das die Eigenschaften von Edelmetallen wie Gold und Silber nachahmt.

Das neue Medium aus Kupfernanopartikeln (sehr kleine Strukturen auf Kupferbasis) hat vielversprechende Anwendungen bei der Herstellung von Elektronikkomponenten, die sonst von teuren Gold- und Silbergegenstücken abhängig wären.

Es eignet sich auch für die Herstellung von elektronischen Bauteilen mit Drucktechnologien, die als umweltfreundliche Produktionsverfahren anerkannt sind. Die Studie wurde in "Scientific Reports" veröffentlicht.

Die Entwicklung des Internet der Dinge (IoT) hat die Nachfrage nach kleinen und tragbaren elektronischen Geräten schnell erhöht. So ist beispielsweise das IoT auf die Kommunikation zwischen den Geräten angewiesen, was Antennen erfordert, die bisher teure Metallverbunde auf Gold- und Silberbasis erforderten.

Bis heute sind die bestehenden Techniken zur Herstellung von Kupfernanopartikeln nicht ideal, da sie dazu führen, dass sich Verunreinigungen an das Material anlagern.

Da diese Verunreinigungen nur mit extrem hohen Temperaturen entfernt werden konnten, waren Kupfer-Nanopartikel, die bei Raumtemperatur entstanden, verunreinigt und konnten sich daher nicht zu brauchbaren Elementen verfestigen. Dies war bisher eine der Hürden, um eine kostengünstigere Alternative zu Gold- und Silberteilen in Elektronikgeräten zu schaffen.

Die gemeinsame Studie von Forschern der Tohoku University und der Mitsui Mining & Smelting Co. in Tokio berichtet nunmehr über die erfolgreiche Synthese von Kupfernanopartikeln mit der Fähigkeit, sich bei viel niedrigeren Temperaturen zu verfestigen und dabei rein zu bleiben.

Das Team hatte die Struktur der Kupfernanopartikel verändert und sie so stabiler gemacht, sodass sie sich bei niedrigen Temperaturen nicht zersetzen.

Kanie: "Kupfer ist ein attraktiver alternativer Werkstoff beim Präparieren von Elektronikschaltungen. Der wichtigste Teil der Verwendung von Kupfer ist, es so zu verändern, dass es bei niedrigen Temperaturen erstarrt."

"Bisher war das schwierig, weil Kupfer leicht mit der Luftfeuchtigkeit interagiert und dabei abbaut, was zu instabilen Nanopartikeln führt. Mit den in dieser Studie verwendeten Methoden, die die Kohlenstoffstruktur verändern und dadurch stabiler machen, haben wir dieses Instabilitätsproblem erfolgreich überwunden", ergänzte Dr. Kiyoshi Kanie, außerordentlicher Professor am "Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials" der Tohoku University.

Die Forscher wollen die Anwendung ihrer kupferbasierten Nanopartikel über die reine Elektronik hinaus erweitern. Sie glauben, dass dieses Material auch in anderen Bereichen nützlich sein wird.

"Unser Verfahren hat effektiv Materialien auf Kupfer-Nanopartikel-Basis geschaffen, die in verschiedenen flexiblen und tragbaren On-Demand-Geräten verwendet werden können, die leicht mit Druckverfahren zu sehr niedrigen Kosten hergestellt werden können", fügte Kanie hinzu.

Schrifttum: Ambient Aqueous-Phase Synthesis of Copper Nanoparticles and Nanopastes with Low-Temperature Sintering and Ultra-High Bonding Abilities. Authors: Yoichi Kamikoriyama, Hiroshi Imamura, Atsushi Muramatsu, and Kiyoshi Kanie. Journal: Scientific Reports. DOI:10.1038/s41598-018-38422-5

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