Kemikere fremmer klare ledende tynde film:Bedste resultater endnu fra ITO nanokrystalopløsning

I en touch-skærm eller et solpanel, enhver ledende overlejring må hellere være klar. Ingeniører anvender gennemsigtige tynde film af indiumtinoxid (ITO) til jobbet, men et højteknologisk materiales egenskaber er kun halvdelen af ​​dets CV. De skal også være så billige og nemme at fremstille som muligt. I en ny undersøgelse, forskere fra Brown University og ATMI Inc. rapporterer den bedste gennemsigtighed og ledningsevne nogensinde for en ITO lavet ved hjælp af en kemisk opløsning, hvilket potentielt er det lette, lavprismetode producenter ønsker.

"Vores teknologi er allerede på ydeevneniveauet til anvendelse i resistive berøringsskærme, " sagde Jonghun Lee, en brun kemi-kandidatstuderende og hovedforfatter af papiret, der blev lagt ud online 1. august af Journal of the American Chemical Society .

Gruppen lavede ledende ITO-film med en tykkelse på 146 milliardtedele af en meter, der tillod 93 procent af lyset at passere igennem, en gennemsigtighed, der kan sammenlignes med de glasplader, de blev afsat på. Holdet lavede også deres film oven på bøjeligt polyimid, viser, at det potentielt kan være nyttigt til at lave fleksible skærmteknologier.

I flere forsøg viste de, at de ved at variere tykkelsen og tinindholdet (mellem 5 og 10 procent var bedst) kunne variere gennemsigtigheden og modstanden for at finde den bedste kombination.

"Ved at kontrollere koncentrationen af ​​nanokrystalopløsningen, vi kunne kontrollere tykkelsen af ​​filmen fra 30 nanometer til 140 nanometer, " sagde Lee.

Løsningen

For at lave filmene, holdet syntetiserede ITO-krystaller i nanoskala i en opløsning. Derefter lavede de en flad og glat film af dem ved at dryppe opløsningen på en glasplade efterfulgt af hurtig centrifugering, en proces kaldet spin casting. Derfra bagte de, eller udglødet, de belagte plader i flere timer (den bedste tid viste sig at være seks timer) og testede derefter deres gennemsigtighed og ledningsevne.

Spin støbning er enkel som højteknologiske fremstillingsprocesser, men at finde den kemi, der tillader spin-casting at producere en højtydende ITO tynd film, har vist sig at være uhåndgribelig. En vigtig præstation beskrevet i det nye papir, fandt de nødvendige materialer til at lave ITO-krystaller i nanoskala i første omgang, sagde Shouheng Sun, professor i kemi ved Brown og undersøgelsens tilsvarende forfatter.

De bedste kemikalier viste sig at være indiumacetylacetonat og tin-bis(acetylacetonat)dichlorid. De syntetiserede ITO nanokrystaller, der havde et snævert udvalg af størrelser, omkring 11 milliardtedele meter i diameter. Den konsistens betød, at når krystallerne arrangerede sig i de tynde film, de klumrede sig heller ikke sammen i klumper, heller ikke holdt sig for langt fra hinanden. Resultatet var en tæt, men jævnt fordelt række af krystaller, som fremmer ledningsevnen.

"Hvis partiklen klumper sig, så kan du ikke få ensartet samling og du kan ikke få god ledningsevne, " sagde Sun.

Denne opdagelse var afgørende for at opnå den høje ydeevne, der er beskrevet i papiret, men holdet ved, at det stadig skal bygge videre på disse fremskridt - f.eks. at matche ledningsevnen af ​​film fremstillet ved en proces kaldet sputtering.

"Det næste trin er at forbedre ledningsevnen til en størrelse, der svarer til sputtered ITO, samtidig med at man realiserer de reducerede omkostninger og proceseffektivitetsfordele, der forventes af en løsningsbaseret ITO-aflejringsmetode, " sagde Melissa Petruska, seniorforsker ved ATMI og medforfatter til papiret.

I nye forsøg, derfor, holdet planlægger at reducere den elektriske modstand yderligere, for at reducere den tid, filmene skal udgløde, og at fastlægge fine mønstre af deres film, snarere end kontinuerlige ark, ved hjælp af inkjet- eller rulle-til-rulle-udskrivning.