Transparent elektronik fra grafenbaserede elektroder (m/ video)

Fleksibel, gennemsigtig elektronik er tættere på virkeligheden med skabelsen af ​​grafen-baserede elektroder på Rice University.

Laboratoriet af Rice kemiker James Tour lab har skabt tynde film, der kunne revolutionere touch-screen displays, solpaneler og LED-belysning. Undersøgelsen blev rapporteret i online-udgaven af ACS Nano .

Fleksibel, gennemsigtige videoskærme kan være "dræberappen", der endelig sætter grafen - den meget udråbte enkeltatom-tykke form for kulstof - i det kommercielle søgelys én gang for alle, sagde Tour. Kombineret med andre fleksible, gennemsigtige elektroniske komponenter, der udvikles hos Rice og andre steder, gennembruddet kan føre til computere, der vikler om håndleddet, og solceller, der vikler omkring næsten alt.

Laboratoriets hybridgrafenfilm er en stærk kandidat til at erstatte indiumtinoxid (ITO), et kommercielt produkt, der i vid udstrækning anvendes som et gennemsigtigt, ledende belægning. Det er det væsentlige element i stort set alle fladskærme, inklusive touchskærme på smartphones og iPads, og er en del af organiske lysdioder (OLED'er) og solceller.

ITO fungerer godt i alle disse applikationer, men har flere ulemper. Grundstoffet indium er mere og mere sjældent og dyrt. Det er også skørt, hvilket øger risikoen for, at en skærm revner, når en smartphone tabes, og udelukker yderligere ITO som grundlag for fleksible skærme.

Tour Labs tynde film kombinerer et enkelt-lags ark af stærkt ledende grafen med et fint gitter af metal nanotråd. Forskerne hævder, at materialet let overgår ITO og andre konkurrerende materialer, med bedre gennemsigtighed og lavere modstand mod elektrisk strøm.

"Mange mennesker arbejder på ITO-udskiftninger, især når det drejer sig om fleksible underlag, " sagde Tour, Rice's T.T. og W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik og materialevidenskab og i datalogi. "Andre laboratorier har kigget på at bruge ren grafen. Det kan måske fungere teoretisk, men når du lægger det på et underlag, den har ikke høj nok ledningsevne ved høj nok gennemsigtighed. Det skal hjælpes på en eller anden måde."

Omvendt sagde postdoc-forsker Yu Zhu, hovedforfatter af det nye papir, fine metalmasker viser god ledningsevne, men huller i nanotrådene for at holde dem gennemsigtige gør dem uegnede som selvstændige komponenter i ledende elektroder.

Men at kombinere materialerne fungerer fremragende, sagde Zhu. Metalgitteret styrker grafenet, og grafen udfylder alle de tomme mellemrum mellem gitteret. Forskerne fandt et gitter af fem mikron nanotråde lavet af billige, letvægtsaluminium forringede ikke materialets gennemsigtighed.

"Fem-mikron gitterlinjer er omkring en tiendedel af størrelsen af ​​et menneskehår, og et menneskehår er svært at se, " sagde Tour.

Besøg nævnte metalgitre, der nemt kunne fremstilles på et fleksibelt underlag via standardteknikker, inklusive rulle-til-rulle og inkjet print. Teknikker til fremstilling af store ark grafen forbedres også hurtigt, han sagde; kommercielle laboratorier har allerede udviklet en rulle-til-rulle grafenproduktionsteknik.

"Dette materiale er klar til skalering lige nu, " han sagde.

Fleksibiliteten er næsten en bonus, Zhu sagde, på grund af de potentielle besparelser ved at bruge kulstof og aluminium i stedet for dyre ITO. "Lige nu, ITO er den eneste kommercielle elektrode, vi har, men det er skørt, " sagde han. "Vores gennemsigtige elektrode har bedre ledningsevne end ITO, og den er fleksibel. Jeg tror, ​​fleksibel elektronik vil gavne meget."

I test, han fandt, at hybridfilmens ledningsevne faldt med 20 til 30 procent med de første 50 bøjninger, men efter det, materialet stabiliserer sig. "Der var ingen signifikante variationer op til 500 bøjningscyklusser, " sagde Zhu. Mere strenge bøjningstest vil blive overladt til kommercielle brugere, han sagde.

"Jeg ved ikke, hvor mange gange en person ville rulle en computer op, Tour tilføjet. "Måske 1, 000 gange? Ti tusind gange? Det er svært at se, hvordan det ville blive slidt i den levetid, du normalt ville beholde en enhed."

Filmen viste sig også miljømæssigt stabil. Da forskningspapiret blev indsendt i slutningen af ​​2010, testfilm havde været udsat for miljøet i laboratoriet i seks måneder uden forringelse. Efter et år, det forbliver de.

"Nu hvor vi ved, at det fungerer fint på fleksible underlag, dette bringer effektiviteten af ​​grafen et skridt op til dets potentielle anvendelighed, " sagde Tour.