Metallorganische leitfähige Polymere für neuartige "Softe" Elektronik

• Antragsteller: Dr. Lukas Sporrer
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569501957

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung neuartiger PEDOT-inspirierter leitfähiger Polymere durch einen metallorganischen Polymerisationsansatz. Im Gegensatz zu herkömmlichem PEDOT:PSS, welches kurze Polymerketten und einen hohen Anteil an isolierendem PSS enthält, ermöglicht diese Strategie eine gezielte Kontrolle der Polymerarchitektur. Dadurch können längere konjugierte Ketten, variable Dotierungsgrade sowie verbesserte mechanische und elektronische Eigenschaften erzielt werden. Diese Fortschritte sind entscheidend für Anwendungen in flexibler Elektronik und Bioelektronik, etwa bei e-skin oder implantierbaren Systemen. Das Projekt verbindet die Expertise des Antragstellers im Bereich metallorganischer Leiter mit den Stärken der Gastgebergruppe in der Polymersynthese und der Herstellung elektronischer Bauteile. Die zentrale Innovation besteht in der Nutzung reversibler Metall-Ligand-Koordination zur Synthese hochmolekularer, PEDOT-inspirierter Polymere. Diese Methode erlaubt eine gezielte Variation des Monomerdesigns, der Konjugationslänge und der Seitenketten mit dem Ziel, den Ladungstransport zwischen den Ketten, die Löslichkeit und die Verarbeitbarkeit in Dünnschichten zu verbessern. Das Projekt wird entlang folgender Kernfragen entwickelt: Kann die Koordinationschemie die Limitierungen von PEDOT:PSS hinsichtlich Kettenlänge und Leitfähigkeit überwinden? Lassen sich template-basierte Syntheseansätze, bekannt aus der Forschung an Gerüstverbindungen, nutzen, um die Filmmorphologie zu verbessern und isolierende Domänen zu reduzieren? Können Korrdinationsbindungen zusätzlich Redoxaktivität oder biologische Abbaubarkeit einführen? Sowie: Können diese neuen Materialien PEDOT:PSS in realen Anwendungen ersetzen? Die Arbeit gliedert sich in zwei Pakete: Materialsynthese und Anwendungsintegration. In der ersten Phase werden EDOT-basierte Monomere mit koordinationsfähigen Gruppen, welche Metall-Monomer Konjugation erlauben, entworfen und mit umweltfreundlichen Übergangsmetallen wie Ni, Co oder Cu polymerisiert. Template-Strategien, sowohl in-situ als auch an Grenzflächen, sollen eine verbesserte Homogenität und einen optimierten Ladungstransport ermöglichen. In der zweiten Phase erfolgt eine umfassende Charakterisierung hinsichtlich Struktur, mechanischer und elektronischer Eigenschaften mittels XRD, GIWAXS, AFM, UV-Vis sowie elektrischer und elektrochemischer Messungen unter Dehnung und in ionischer Umgebung. Abschließend werden Proof-of-Concept-Geräte etwa flexible Transistoren und Sensoren gefertigt, um das praktische Potenzial der Materialien aufzuzeigen. Diese werden mit PEDOT:PSS-basierten Systemen verglichen, um Verbesserungen in Leitfähigkeit, Flexibilität und Stabilität zu quantifizieren. Dieses interdisziplinäre Projekt schlägt die Brücke zwischen molekularem Design und anwendungsorientierter Polymerentwicklung und zielt auf nachhaltige, leistungsfähige Materialien für die nächste Generation weicher und bioelektronischer Technologien.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Zhenan Bao, Ph.D.