Gennemsigtig, ledende film, der lover at udvikle fleksible skærme

Forskere har demonstreret storstilet fremstilling af en ny type transparent ledende elektrodefilm baseret på nanomønstret sølv. Smartphone-berøringsskærme og fladskærms-tv bruger gennemsigtige elektroder til at registrere berøring og hurtigt skifte farve på hver pixel. Fordi sølv er mindre skørt og mere kemisk modstandsdygtigt end materialer, der i øjeblikket bruges til at fremstille disse elektroder, de nye film kunne tilbyde en højtydende og langtidsholdbar mulighed for brug med fleksible skærme og elektronik. De sølvbaserede film kunne også muliggøre fleksible solceller til installation på vinduer, tage og endda personlige enheder.

I journalen Optiske materialer Express , forskerne rapporterer fremstilling af en gennemsigtig ledende tyndfilm på glasskiver med en diameter på 10 centimeter. Baseret på teoretiske estimater, der matchede nøje med eksperimentelle målinger, de beregner, at tyndfilmselektroderne kunne yde væsentligt bedre end dem, der bruges til eksisterende fleksible skærme og berøringsskærme.

"Den tilgang, vi brugte til fremstilling, er meget reproducerbar og skaber en kemisk stabil konfiguration med en afstembar afvejning mellem gennemsigtighed og ledende egenskaber, " sagde avisens første forfatter, Jes Linnet fra Syddansk Universitet. "Det betyder, at hvis en enhed har brug for højere gennemsigtighed, men mindre ledningsevne, filmen kan laves til at passe ved at ændre tykkelsen af ​​filmen."

At finde et fleksibelt alternativ

De fleste af nutidens gennemsigtige elektroder er lavet af indiumtinoxid (ITO), som kan udvise op til 92 procent gennemsigtighed - sammenlignelig med glas. Selvom det er meget gennemsigtigt, ITO tynde film skal behandles omhyggeligt for at opnå reproducerbar ydeevne og er for skøre til at bruge med fleksibel elektronik eller skærme. Forskere søger alternativer til ITO på grund af disse ulemper.

Ædelmetallers anti-korrosive natur, såsom guld, sølv og platin gør dem til lovende ITO-alternativer til at skabe langtidsholdbare, kemisk resistente elektroder, der kunne bruges sammen med fleksible substrater. Imidlertid, indtil nu, ædelmetal gennemsigtige ledende film har lidt af høj overfladeruhed, som kan forringe ydeevnen, fordi grænsefladen mellem filmen og andre lag ikke er flad. Gennemsigtige ledende film kan også fremstilles ved hjælp af kulstof nanorør, men disse film udviser i øjeblikket ikke høj nok ledningsevne til alle anvendelser og har en tendens til også at lide af overfladeruhed på grund af nanorørene, der stables oven på hinanden.

I den nye undersøgelse, forskerne brugte en tilgang kaldet kolloid litografi til at skabe gennemsigtige ledende sølv tynde film. De lavede først et maskeringslag, eller skabelon, ved at belægge en 10-centimeters wafer med et enkelt lag af jævn størrelse, tætpakkede plastik nanopartikler. Forskerne placerede disse coatede wafere i en plasmaovn for at krympe størrelsen af ​​alle partikler jævnt. Da de afsatte en tynd film af sølv på maskeringslaget, sølvet kom ind i mellemrummene mellem partiklerne. De opløste derefter partiklerne, efterlader et præcist mønster af honeycomb-lignende huller, der tillader lys at passere igennem, producerer en elektrisk ledende og optisk transparent film.

Afbalancering af gennemsigtighed og ledningsevne

Forskerne demonstrerede, at deres storstilede fremstillingsmetode kan bruges til at skabe sølvgennemsigtige elektroder med så meget som 80 procent transmittans, samtidig med at den elektriske plademodstand holdes under 10 ohm pr. kvadrat - omkring en tiendedel af, hvad der er blevet rapporteret for kulstof-nanorør-baserede film med tilsvarende gennemsigtighed. Jo lavere elektrisk modstand, jo bedre er elektroderne til at lede en elektrisk ladning.

"Det mest nye aspekt af vores arbejde er, at vi redegjorde for både transmissionsegenskaberne og konduktansegenskaberne af denne tynde film ved hjælp af teoretisk analyse, der korrelerede godt med målte resultater, " sagde Linnet. "Fabrikationsproblemer gør det typisk svært at få den bedste teoretiske ydeevne fra et nyt materiale. Vi besluttede at rapportere, hvad vi stødte på eksperimentelt og postulere løsninger, så disse oplysninger kunne bruges i fremtiden til at undgå eller minimere problemer, der kan påvirke ydeevnen."

Forskerne siger, at deres resultater viser, at kolloid litografi kan bruges til at fremstille transparente ledende tynde film, der er kemisk stabile og kan være nyttige til en række forskellige anvendelser.