Im Bereich Smartphone-, Tablet- und TV-Displays geht nichts ohne das Material Indiumzinnoxid. Seit inzwischen 60 Jahren wird Indiumzinnoxid in 90 Prozent aller Displays verbaut und ist aufgrund seines hohen Preises teilweise verantwortlich für die recht hohen Preise im Elektronikbereich. Kürzlich wurde aber ein neues Material entdeckt, dass die selben Eigenschaften wie Indiumzinnoxid aufweist, dabei jedoch deutlich günstiger ist.


Indiumzinnoxid: Ein teures Vergnügen

Anders als die Produktion von Chips und Speichermedien sind die Kosten für die Produktion von Displays in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich gestiegen. Indiumzinnoxid hat sich dabei als das beste Material für die Herstellung von Displays erwiesen. Es ist leicht zu verarbeiten, formbar, hat eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit und gute optische Eigenschaften. Leider ist aber auch sein Preis in den letzten 10 Jahren massiv angestiegen. Das liegt unter anderem daran, dass das Material bisher alternativlos war. Dieser Umstand könnte sich nun aber ändern. Ein Team von Wissenschaftlern rund um Roman Engel-Herbert von der Pennsylvania State University hat ein Material entdeckt, dass bald statt Indiumzinnoxids in der Display-Herstellung Verwendung finden könnte.


Das Ziel des Teams war es, ein alternatives Material zu Indiumzinnoxid zu finden, das zwar die gleichen Eigenschaften aufweist, aber aus besser erhältlichen Materialien besteht und damit günstiger ist. Die Lösung fand sich in zwei Metallen namens Strontium- und Calciumvanadat. Metalle wie Gold oder Silber leiten Elektrizität, indem diese an den äußeren Elektronen der Metallatome entlangspringt. Die elektrische Ladung kann sich so frei in dem Metall bewegen. In den beiden genutzten Metallen wird die Ladung jedoch durch ein “Loch” in dem Metall geleitet. Es handelt sich dabei nicht um ein Loch im körperlichen Sinne, sondern um eine positiv geladene Zone innerhalb des Metalls, durch die die Ladung wie eine Flüssigkeit geleitet wird. Diese Leitungseigenschaft ist wesentlich bei der Produktion von Displays.

Zwei dünne Metallschichten bringen die Lösung

In Kombination mit Sauerstoff weisen Strontium- und Calciumvanadat beeindruckende optische Eigenschaften auf. Sie ermöglichen die Penetration durch eine große Weite a Licht verschiedener Wellenlängen, von Infrarotlicht bis hin zu ultraviolettem Licht. Die Materialien sind somit für Licht in vielen verschiedenen Farben durchlässig, was sie ideal für die Konstruktion von Displays macht.

Die Forscher schufen eine Verbindung aus zwei extrem dünnen Schichten der beiden Metalle. Insgesamt war der entsprechende Film nicht dicker als 20 Nanometer. Diese Schicht soll in Zukunft das Indiumzinnoxid bei der Displayherstellung verdrängen.

Momentan kostet Indium in etwa 750 US-Dollar pro Kilogramm, und die Tendenz ist steigend, da das Metall immer seltener wird. Bereits jetzt gehen die erschlossenen Vorkommen zur Neige. Seit fast 6 Jahrzehnten ist Indium ein sehr gefragtes Material, und diese Nachfrage macht sich nun bemerkbar. Calcium, Strontium und Vanadium sind dagegen sehr viel verbreiteter und somit günstiger. Die Kosten für diese Metalle bewegen sich jeweils im Bereich von weniger als 20 US-Dollar pro Kilogramm.

Our correlated metals work really well compared to ITO. Now, the question is how to implement these new materials into a large-scale manufacturing process. From what we understand right now, there is no reason that strontium vanadate could not replace ITO in the same equipment currently used in industry”, so Engel-Herbert in einem Statement. Sollte das Material die Erwartungen erfüllen, so könnten viele elektronische Geräte in Zukunft deutlich günstiger zu haben sein.

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