Kobber -nanotråde Aktiver bøjelige skærme, Solceller

(PhysOrg.com) - Et team af kemikere fra Duke University har perfektioneret en enkel måde at lave små kobber -nanotråde i mængde. De billige ledere er små nok til at være gennemsigtige, hvilket gør dem ideelle til tyndfilmede solceller, fladskærms-tv og computere, og fleksible displays.

"Forestil dig en foldbar iPad, "sagde Benjamin Wiley, en adjunkt i kemi ved Duke. Hans team rapporterer sine resultater online denne uge i Avancerede materialer .

Nanotråde fremstillet af kobber klarer sig bedre end kulnanorør, og er meget billigere end sølv nanotråde, Sagde Wiley.

De nyeste fladskærms-tv og computerskærme producerer billeder ved hjælp af en række elektroniske pixels, der er forbundet med et gennemsigtigt ledende lag fremstillet af indiumtinoxid (ITO). ITO bruges også som en gennemsigtig elektrode i tyndfilmede solceller.

Men ITO har ulemper:den er sprød, gør det uegnet til fleksible skærme; dets produktionsproces er ineffektiv; og det er dyrt og bliver mere på grund af stigende efterspørgsel.

"Hvis vi vil have denne allestedsnærværende elektronik og solceller, "Wiley sagde, "vi skal bruge materialer, der er rigelige i jordskorpen og ikke tager meget energi at udvinde." Han påpeger, at der er meget få materialer, der vides at være både gennemsigtige og ledende, hvorfor ITO stadig bruges på trods af sine ulemper.

Imidlertid, Wileys nye værk viser, at kobber, som er tusind gange mere rigelig end indium, kan bruges til at lave en film af nanotråde, der er både gennemsigtig og ledende.

Sølv nanotråde fungerer også godt som en gennemsigtig leder, og Wiley bidrog til et patent på produktionen af ​​dem som kandidatstuderende. Men sølv, som indium, er sjælden og dyr. Andre forskere har forsøgt at forbedre ydeevnen af ​​carbon nanorør som en gennemsigtig leder, men uden meget held.

"Det faktum, at kobber -nanotråde er billigere og fungerer bedre, gør dem til et meget lovende materiale til at løse dette problem, "Sagde Wiley.

Wiley og hans elever, Ph.d. -kandidat Aaron Rathmell og bachelor Stephen Stephen, voksede kobber-nanotråde i en vandbaseret løsning. "Ved at tilføje forskellige kemikalier til opløsningen, du kan styre samlingen af ​​atomer til forskellige nanostrukturer, "Sagde Wiley. I dette tilfælde, når kobberet krystalliserer, det danner først små "frø, "og derefter spirer en enkelt nanotråd fra hvert frø. Det er en mekanisme for krystalvækst, der aldrig er blevet observeret før.

Fordi processen er vandbaseret, og fordi kobber -nanotråde er fleksible, Wiley mener, at nanotråde kunne coates fra opløsning i en roll-to-roll-proces, som trykning i aviser, hvilket ville være meget mere effektivt end ITO -produktionsprocessen.

Andre forskere har produceret kobber -nanotråde før, men i en meget mindre skala.

Wileys laboratorium er også den første til at demonstrere, at kobber -nanotråde fungerer godt som en gennemsigtig leder. Han sagde, at processen skal skaleres op til kommerciel brug, og han har også et par andre problemer at løse:forhindre nanotråde i at klumpe sig sammen, hvilket reducerer gennemsigtighed, og forhindrer kobberet i at oxidere, hvilket reducerer ledningsevnen. Når klumpningsproblemet er løst, Wiley mener, at ledningsevnen for kobber -nanotråde vil matche sølv -nanotråde og ITO.

Wiley, der har ansøgt om patent på sin proces, forventer at se kobber nanotråde i kommerciel brug i en ikke alt for fjern fremtid. Han bemærker, at der allerede er investeringsfinansiering til rådighed for udviklingen af ​​transparente ledere baseret på sølv nanotråde.

"Vi tror, ​​at brug af et materiale, der er hundrede gange billigere, vil være endnu mere attraktivt for venturekapitalister, elektroniske virksomheder og solvirksomheder, der alle har brug for disse transparente elektroder, " han sagde.