Gør plastik mere gennemsigtigt og tilføjer samtidig elektrisk ledningsevne

I et forsøg på at forbedre store berøringsskærme, LED lyspaneler og vinduesmonterede infrarøde solceller, forskere ved University of Michigan har gjort plastik ledende og samtidig gjort det mere gennemsigtigt.

De giver en opskrift til at hjælpe andre forskere med at finde den bedste balance mellem ledningsevne og gennemsigtighed ved at skabe en tre-lags antirefleksoverflade. Det ledende metallag er klemt mellem to "dielektriske" materialer, der tillader lys at passere let igennem. Dielektrikkerne reducerer refleksionen fra både plast- og metallaget mellem dem.

"Vi udviklede en måde at lave belægninger med høj gennemsigtighed og ledningsevne, lav dis, fremragende fleksibilitet, nem fremstilling og god kompatibilitet med forskellige overflader, " sagde Jay Guo, U-M professor i elektroteknik og datalogi, der ledede arbejdet.

Tidligere, Guos team havde vist, at det var muligt at tilføje et lag metal på en plastikplade for at gøre den ledende - et meget tyndt lag sølv, der af sig selv, reducerede lystransmissionen med ca. 10%.

Lystransmission gennem plast er lidt lavere end gennem glas, men dens gennemsigtighed kan forbedres med antirefleksbelægninger. Guo og hans kollega Dong Liu, en gæsteprofessor ved U-M fra Nanjing University of Science and Technology, indså, at de kunne lave en antirefleksbelægning, der også var ledende.

"Det blev taget for givet, at lederens transmittans er lavere end substratets, men vi viser, at dette ikke er tilfældet, " sagde Chengang Ji, første forfatter til undersøgelsen i Naturkommunikation , der arbejdede på projektet som ph.d. studerende i el- og computerteknik. Ji modtog sin doktorgrad fra U-M i 2019.

De dielektriske stoffer, som teamet har valgt i dette tilfælde, er aluminiumoxid og zinkoxid. På den side, der er tættest på lyskilden, aluminiumoxidet reflekterer mindre lys tilbage til kilden, end plastoverfladen ville. Så kommer metallaget, sammensat af sølv med en lille mængde kobber i, kun 6,5 nanometer tyk, og så hjælper zinkoxid med at lede lyset ind i plastoverfladen. Noget lys bliver stadig reflekteret tilbage, hvor plastikken møder luften på den modsatte side, men samlet set, lystransmissionen er bedre end plastikken alene. Transmittansen er 88,4 %, op fra 88,1 % for plasten alene.

Med teoriresultaterne, holdet forventer, at andre forskere vil være i stand til at designe en lignende sandwich-stil fleksibel, meget gennemsigtige ledere, som slipper endnu mere lys igennem end plastikken alene.

"Vi fortæller folk, hvor gennemsigtig en dielektrisk-metal-dielektrisk leder kunne være, for en mål elektrisk ledningsevne. Vi fortæller dem også, hvordan man opnår denne høje transmittans trin for trin, " sagde Liu.

Trickene er at vælge de rigtige dielektrika og derefter finde ud af den rigtige tykkelse for hver for at undertrykke refleksionen af ​​det tynde metal. Generelt, materialet mellem plast og metal skal have et højere brydningsindeks, mens materialet nærmest skærmen eller lyskilden skal have et lavere brydningsindeks.

Guo fortsætter med at flytte teknologien fremad, samarbejder om et projekt, der anvender transparente ledere i solceller til montering på vinduer. Disse kunne absorbere infrarødt lys og konvertere det til elektricitet, mens de forlader det synlige spektrum for at lysne rummet op. Han foreslår også store interaktive panelskærme og bilforruder, der kan smelte is, som bagruderne kan.