Ein Schweizer Forschungsteam hat eine Methode entwickelt, um die Oberfläche von Holz durch Graphitisierung auf einfache Weise elektrisch leitfähig zu machen.

Holz ist von Natur aus nicht leitfähig – die neue Methode macht die Herstellung grüner Elektronik möglich. Foto: SNF

Mit der Methode der Forschenden der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa und des Instituts für Baustoffe der ETH Zürich lassen sich beispielsweise Holz-Touch-Panels und Sensoren herstellen. Der Trick: Die Vorbehandlung des Holzes mit einer eisenhaltigen Tinte. Die neue Methode basiert auf einem bereits bekannten Verfahren, der sogenannten laserinduzierten Graphitisierung, um leitfähige Bahnen auf Holz zu erzeugen, so die Empa in einer Mitteilung. Ein Laser graviert hierbei feine Linien in dünne Holzplatten, auch Furniere genannt, ein – dabei erhitzt die Energie des Laserstrahls das Holz so, dass sich der darin enthaltene Kohlenstoff in leitfähiges Graphit umwandelt.

Die so erzeugten Leiterbahnen sind jedoch unregelmäßig breit und tief, zudem besteht Brandgefahr durch Überhitzung, und oft ist auch eine mehrfache Nachbearbeitung mit dem Laser nötig. Das Forschungsteam hatte deshalb die Idee, Eisen als Katalysator zu verwenden – dies ermöglicht einen schonenderen Prozess und führt zu einer deutlich homogeneren Oberfläche. Eine Mischung aus Eisensalz und einem pflanzlichen Gerbstoff, die sogenannte Eisengallustinte, in einer dünnen Schicht auf dem Holz aufgetragen, hatte schließlich den erwünschten Effekt: Einerseits haben die eingravierten Bahnen eine gleichmässigere Struktur und Leitfähigkeit, andererseits geschieht durch die Tinte die Umwandlung von Holz in Graphit so schnell, dass keine Brandgefahr besteht.

Als Praxistest habe das Team probeweise elektronische Elemente aus weniger als einem halben Millimeter dicken Fichten-, Kirsch- und Buchenfurnieren hergestellt, etwa biegbare Dehnungssensoren, die tragende Holzbauteile im Bauwesen überwachen könnten, so die Empa. Die Forschenden konnten das hauchdünne Holz außerdem durch eine elektrolumineszierende Schicht zum Leuchten bringen. Dieser Ansatz könnte beispielsweise als Hintergrundbeleuchtung von Displays oder für Werbeanzeigen und Steuerpulte zur Anwendung kommen. Für Stromzufuhr in Form einer Batterie und Steuerung setzten die Forschenden herkömmliche Kabel und elektronische Bauteile ein - letztere könnten in Zukunft aber ebenfalls teilweise durch das leitfähige Holz ersetzt werden. Im nächsten Schritt stehen laut Empa nun Verfeinerung und Weiterentwicklung der Methode für die großtechnische Nutzung an. (cst)

Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa 

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