Touchscreen-alternativ dæmper frygten for verdensmangel på indium

Har du nogensinde forestillet dig din smartphone eller tablet uden en berøringsskærm? Dette kan snart være tilfældet, hvis vi løber tør for indium, et af de sjældneste mineraler på jorden.

Indium bruges i mange højteknologiske enheder såsom berøringsskærme, smartphones, solpaneler og smarte vinduer, i form af indiumtinoxid. Denne forbindelse er optisk gennemsigtig og elektrisk ledende - de to afgørende funktioner, der kræves for at berøringsskærme kan fungere.

Men der er et problem:Vi har ingen garanteret langtidsforsyning af indium. Det findes naturligt kun i små spor, og er derfor upraktisk at mine direkte. Næsten al verdens indium kommer som et biprodukt af zinkminedrift.

Heldigvis, vi har en potentiel løsning:mine kolleger og jeg har udviklet en ny måde at lave optisk transparente og elektrisk ledende belægninger uden indium.

Et forværret problem

Fordi verdens indiumforsyning er knyttet til zinkminedrift, dets tilgængelighed og pris vil afhænge af efterspørgslen efter zink.

Mulige fald i efterspørgsel efter zink – som allerede er tydelige i bilindustrien – sammen med den stadigt stigende brug af smartphones og berøringspaneler – er klar til at forværre den potentielle mangel på indium i fremtiden.

En mulighed er at prøve at genbruge indium. Men at gendanne det fra brugte enheder er dyrt på grund af de små mængder, der er involveret.

Når der er mangel på et afgørende materiale, vi bør lede efter alternativer. Og det er præcis, hvad mine kolleger og jeg har fundet.

Hvordan virker det?

Vores nye belægning, detaljer om hvilke er offentliggjort i tidsskriftet Solenergimaterialer og solceller , involverer plasmateknologi.

Plasma er som en suppe af ladede partikler, hvor elektroner er blevet revet væk fra deres atomer, og beskrives ofte som materiens fjerde tilstand, efter fast, væske og gas. Det lyder måske som et eksotisk stof, men faktisk omfatter det mere end 99% af de synlige objekter i universet. Vores sol, som de fleste stjerner, er i bund og grund en kæmpe kugle af glødende plasma.

Tættere på hjemmet, fluorescerende pærer og neonskilte indeholder også plasma. Vores nye touchscreen-film indeholder ikke plasma, men deres fremstilling bruger plasma som en måde at skabe nye materialer, som ellers ville være umulige at lave.

Vores belægning er lavet af et ultratyndt lag sølv, klemt mellem to lag wolframoxid. Denne struktur er mindre end 100 nanometer tyk - omkring en tusindedel af bredden af ​​et menneskehår.

Disse ultratynde sandwich-lag er skabt og belagt på glas ved hjælp af en proces kaldet "plasma sputtering". Dette involverer at udsætte en blanding af argon og oxygengasser for et stærkt elektrisk felt, indtil denne blanding omdannes til plasmatilstanden. Plasmaet bruges til at bombardere et tungsten fast mål, løsne atomer fra det og afsætte dem som et supertyndt lag på glasoverfladen.

Vi gentager derefter denne proces med sølv, og derefter en sidste tredje gang wolframoxid indlejret med sølv nanopartikler. Hele processen tager kun et par minutter, producerer minimalt affald, er billigere end at bruge indium, og kan bruges til enhver glasoverflade såsom en telefonskærm eller et vindue.

Den færdige plasmabelægning har også en anden spændende funktion:den er elektrokrom, hvilket betyder, at det kan blive mere eller mindre uigennemsigtigt, eller skifte farve, hvis der påføres en elektrisk spænding.

Det betyder, at det kan bruges til at skabe supertynde "printbare skærme", der kan blive svagere eller lysere, eller skift farve efter ønske. De ville være fleksible og bruge lidt strøm, hvilket betyder, at de kan bruges til en række formål, herunder smarte etiketter eller smarte vinduer.

Smarte vinduer belagt med vores nye film kunne bruges til at blokere lysstrømmen og dermed varme efter behov. Vores plasmafilm kan påføres enhver glasoverflade, som så kan indstilles til at justere sin gennemsigtighed afhængigt af vejret udenfor. I modsætning til eksisterende "fotokromatiske" brilleglas, som reagerer på omgivende lysniveauer, vores materiale reagerer på elektriske signaler, hvilket betyder, at det kan manipuleres efter behag.

Vores nye indiumfri teknologi rummer et stort potentiale til at fremstille den næste generation af touch-skærmenheder såsom smartphones eller elektroniske papirer, samt smarte vinduer og solceller til miljømæssig bæredygtighed. Denne teknologi er klar til at blive opskaleret til at skabe belægninger på kommercielt glas, og vi laver nu yderligere forskning og udvikling for at tilpasse dem til fremtidige bærbare elektroniske enheder.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.