Fortsæt, dunk din mobiltelefon i saltvand:Barrierefilm ved aflejring af atomlag

Barrierefilm, bruges i alt fra fødevare- og medicinemballage til forbrugerelektronik og solceller, hjælpe med at forhindre din mad i at blive fordærvet, hjælpe med at bevare medicin, og beskyt din elektronik mod skader på grund af udsættelse for luft eller et stænk af vand. Nu har en gruppe forskere i Georgien udviklet en ny måde at producere bedre film ved hjælp af atomlagsaflejring.

Det er ikke de spinkle film af plastik, der kan forsegle en pakke småkager. Avancerede barrierefilm, der beskytter din telefons højteknologiske organiske lysemitterende diode (OLED)-skærm mod enhver snert af ilt eller vanddampmolekyle, kræver gennemsigtige materialer med højere ydeevne, såsom metaloxider.

Eksisterende metoder til fremstilling af disse højtydende barrierer er ikke perfekte. På grund af den måde, de er lavet på, de har ofte små defekter, resulterer i små huller, der lukker vand eller ilt ind. Det er derfor, Samuel Graham og hans kolleger ved Georgia Institute of Technology har undersøgt, hvordan man bruger atomlagsaflejring til at producere bedre barrierefilm. På AVS 60. internationale symposium og udstilling, afholdt i Long Beach, Californien 27. oktober – 1. november, Graham vil diskutere nogle af de seneste udviklinger i denne indsats.

Graham og hans kolleger har skabt nye barrierefilm, der kan beskytte elektronik i meget barske miljøer - når de er nedsænket i saltvand i flere måneder, for eksempel.

"Ved at skabe sådanne barrierefilm, vi er i stand til at forlænge levetiden og pålideligheden af ​​elektroniske enheder, " sagde Graham. De nye belægninger kan bruges til elektronik såsom implanterbare biomedicinske anordninger, lysemitterende dioder (LED) brugt i solid-state belysning og displays, solceller, og organiske elektrokromiske vinduer, som går fra uigennemsigtig til klar, når der påføres en spænding. Barrierefilm vil spille en stor rolle i udviklingen af ​​mange fremtidige elektroniske enheder lavet med organiske materialer, Graham tilføjede.

Hvordan atomlagsaflejring fungerer

Højtydende barrierefilm fremstilles normalt med teknikker som sputterdeposition eller plasmaforstærket kemisk dampaflejring. I disse metoder, materiale enten "sprøjtes" på et substrat eller dyrkes fra et plasma, skabe et tyndt lag, der bliver til filmen. Selvom det er effektivt og almindeligt i industrien, disse teknikker resulterer ofte i defekter, kræver flere belægninger for at skabe gode barrierefilm.

Med aflejring af atomlag, forskerne har præcis kontrol ned til molekylært niveau, giver dem mulighed for at gøre tynde, selv film, der har minimale defekter. I denne proces, forskerne omgiver et substrat med en gas indeholdende et bestemt metalatom som aluminium. Gassens molekyler binder sig til substratet, danner et enkelt lag af atomer. Næste, overskydende gas fjernes fra kammeret, og en anden gas indføres, som derefter oxiderer metallet, skabe et metaloxid, der er uigennemtrængeligt for luft eller vand. Processen gentages for at nå den ønskede tykkelse, hvilket kun er omkring 10 nanometer. I modsætning, film fremstillet med mere konventionelle teknikker er titusinder til hundredvis af gange tykkere.

Virksomheder udvikler og sælger allerede atomlagsdeponeringsteknologi, siger Graham. Men til kommerciel brug i stor skala, mere arbejde skal gøres for at forbedre teknologien, hvor hurtigt materialerne aflejres, og filmenes kemiske stabilitet og mekaniske pålidelighed.