Werkstoff Lignin

Forscher tüfteln an neuer Elektronik auf Holzbasis

Lignin ist ein in rauen Mengen anfallendes Nebenprodukt der Papierindustrie. Künftig könnte der Stoff in Smartphones Verwendung finden.

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Geht es nach Forschern aus Linz und Italien, wird der Holzbestandteil Lignin in Zukunft Teil von neuartigen Elektronikbauteilen. In einer im Fachblatt „Advanced Sustainable Systems“ erschienenen Studie zeigen die Wissenschaftler, dass sich das Überbleibsel aus der Papierindustrie zur Herstellung von Transistoren „in leichten, flexiblen und transportablen Geräten wie Tablets oder Handys“ eignet.

Die Forscher vom Institut für Physikalische Chemie der Uni Linz arbeiten seit rund zehn Jahren an der Idee „Materialien, die mehr oder weniger direkt aus der Natur gewonnen werden“, in die Elektronik zu bringen, erklärte Mihai Irimia-Vladu, einer der Hauptautoren der Studie. Das können Trägermaterialien etwa für Computerchips, schwach oder nicht leitende Materialien (Dielektrika) oder andere benötigte Verbindungen sein.

Natürliche Quelle für Elektronikteile
Lignin gehört zu der Gruppe der vielversprechenden Dielektrika aus natürlichen Quellen. Es fällt zuhauf bei der Aufspaltung von Holz in der Papierindustrie an. Der Stoff, der in pflanzlichen Zellwänden die Strukturen verholzen lässt, macht rund 20 bis 30 Prozent des Holzes aus. Ohne Lignin wäre die Zellulose sehr weich. In der Industrie fallen weltweit jährlich um die 80 Millionen Tonnen Lignin als Abfall an.

Das Forschungsteam der Johannes Kepler Universität in Linz

(Bild: JKU)

Zur Schonung von Umwelt und Ressourcen rückt dieser bisher meist aus Mangel an Alternativen verbrannte Holz-Bestandteil momentan in der Fokus der Wissenschaftler. So sollen ligninbasierte Materialien künftig Bestandteile aus fossilen Rohstoffen wie etwa Erdöl ersetzen. Dass es ein reichlich vorhandenes Abfallprodukt ist, mache Lignin auch für die Elektronikindustrie besonders interessant, betonte Irimia-Vladu.

Das Team, an dem auch Wissenschaftler der Universitäten Parma und Bari (beide Italien) um Alessandra Operamolla beteiligt waren, hat im Rahmen seiner Untersuchungen das Rohmaterial einfach bei einem Chemielieferanten bestellt. Damit fertigte man zwei „Lignin-Versionen“ - L1 und L2 - an. Dann analysierten die Forscher die Verbindungen mit modernen Untersuchungsmethoden, wobei sich L1 als vielversprechender präsentierte.

Erster Schritt
Zwar konnte man im Rahmen des Projekts noch nicht den „perfekten Fabrikationsweg“ entwickeln, der den Einsatz des Materials in der Highperfomance-Elektronik ebnet, ein erster, wichtiger Schritt sei aber getan. Die Forscher konnten nämlich zeigen, dass ihre Lignin-Formulierungen in Transistoren einsetzbar sind, erklärte Irimia-Vladu: „Im nächsten Schritt werden wir das Material durch sehr einfache chemische Abläufe aufreinigen, um es für echte Highperfomance-Elektronik verwenden zu können. Das ist unsere Vision.“

In den Transistoren wird Lignin als Isolator fungieren. Dieser Teil des Aufbaus „produziert elektrische Ladungen für den Halbleiter“, erklärte der Linzer Forscher. Nun gehe es darum, die Lignin-Komponenten zu verkleinern und Elektronikbauteile zu produzieren, die bei sehr niedrigen elektrischen Spannungen funktionieren. Es gehe also um möglichst energieeffiziente Elektronik aus wiederum möglichst nachhaltigen Rohstoffen - „also ein wirklich ‘grüner Ansatz‘“, sagte Irimia-Vladu.