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Was haben 30.000 Jahre alte Höhlenmalereien der ersten Menschen und heutige gedruckte Elektronik gemeinsam? Die Antwort lautet, zumindest wenn man spezielle gedruckte Elektronik betrachtet, Pigmente auf Basis von Kohlenstoff. Kohlenstoffe, die zunächst zur dauerhaften Informationsvermittlung zwischen Menschen verwendet wurden, können heute Bestandteile elektronischer Komponenten zur Informationsverarbeitung sein. Im Gegensatz zu ihren klassischen Verwandten können Nanokohlenstoffe (wie Graphen und Kohlenstoffnanoröhren (Carbon Nano Tubes = CNT)) außergewöhnliche elektrische, mechanische, optische und thermische Eigenschaften besitzen. Damit bringen sie als aktive Pigmente in flüssigen Tinten eine Funktion mit, die für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen von Interesse ist, z. B. in der Elektronik, der Aktorik, der Sensorik sowie für die Robotik.

Nanokohlenstoff-Tinten bestehen in der Regel neben den enthaltenen niedrig-dimensionalen Kohlenstoffformen, wie Graphen und Graphenoxid (GO), CNTs, Fullerenen, Nanodiamanten oder Kohlenstoffquantenpunkten, aus einem Lösungsmittel und verschiedenen Additiven. Heutige Rezepturen sind den ersten Formulierungen traditioneller chinesischer Schreibtinten immer noch sehr ähnlich. Als Lösungsmittel werden neben Wasser auch organische Lösungsmittel genutzt. In der Regel sind jedoch weitere Zusatzstoffe nötig, die eine optimale Durchmischung und Stabilisierung der Nanokohlenstoffe im Lösungsmittel gewährleisten.

Die Eigenschaften der Nanokohlenstoff-Tinten sind stark von den einzelnen enthaltenen Kohlenstoff-Nanomaterialien und ihrer jeweiligen spezifischen Struktur abhängig. So sind beispielsweise Graphen und CNT hervorragende elektrische Leiter mit hoher Stromdichte, was sie insbesondere für die oben genannte gedruckte Elektronik interessant macht. Bestimmte halbleitende CNT weisen zudem interessante fluoreszierende Eigenschaften auf, die durch chemische Modifikationen gezielt verändert werden können. Daher sind sie zusätzlich für die medizinische Bildgebung und die Sensorik interessant. Durch chemische Funktionalisierungen können die Eigenschaften solcher Nanokohlenstoffe angepasst oder verfeinert und so auf bestimmte Verwendungszwecke hin zugeschnitten werden.

Die Tinten können grundsätzlich mit gängigen Drucktechnologien wie Inkjet-, Sieb-, Sprüh- und 3D-Druck verwendet werden. Eine hohe Konzentration solcher Nanokohlenstoffe in den Tinten ist für viele Druckverfahren wünschenswert, um die Verarbeitungskosten und Qualitätsschwankungen zu minimieren. Um dies zu erreichen, werden Additive zugesetzt und letztlich auch mitgedruckt, was wiederum zu unerwünschten Effekten führen kann. So kann etwa ein hoher Anteil an nicht-leitenden Additiven in der Tinte nach dem Druck die Elektronenleitung und damit die Leistung eines gedruckten Bauelements beeinträchtigen.

Noch befinden sich viele Nanokohlenstoff-Tinten im Stadium der Grundlagenforschung und der angewandten Forschung. Prototypen für Drucksysteme und Tintenformulierungen sind jedoch bereits auf dem Weg in die Kommerzialisierung. Als erste Anwendungsfelder können intelligente Verpackungen, verschiedene Sensoren und Beschichtungen angenommen werden.

Die weitere Forschung an 2D-Materialien im Allgemeinen und der konstante Fortschritt in Bezug auf die unterschiedlichen Drucktechnologien, insbesondere im Bereich der additiven Fertigung, führt auch bei den Nanokohlenstoff-Tinten dazu, dass die Entwicklung weiter vorangetrieben wird. Trotz bestehender Herausforderungen sind die kommerziellen Aussichten derzeit vielversprechend, da Nanokohlenstoff-Tinten die Möglichkeit eröffnen, bestimmte Produkte relativ einfach auch für Massenmärkte herzustellen.