Nanowalls til smartphones

Forskere ved ETH Zürich har fremstillet transparente elektroder til brug i berøringsskærme ved hjælp af en ny nanoprintproces. De nye elektroder er nogle af de mest gennemsigtige og ledende, der nogensinde er blevet udviklet.

Fra smartphones til betjeningsgrænseflader til billetautomater og pengeautomater, hver berøringsskærm, vi bruger, kræver gennemsigtige elektroder:Enhedernes glasoverflade er belagt med et knap synligt mønster lavet af ledende materiale. Det er på grund af dette, at enhederne genkender, om og hvor præcis en finger rører overfladen.

Forskere under ledelse af Dimos Poulikakos, Professor i termodynamik, har nu brugt 3D -printteknologi til at skabe en ny type gennemsigtig elektrode, som har form af et gitter lavet af guld eller sølv "nanowalls" på en glasoverflade. Væggene er så tynde, at de næsten ikke kan ses med det blotte øje. Det er første gang, at forskere har oprettet nanowalls som disse ved hjælp af 3D -print. De nye elektroder har en højere ledningsevne og er mere gennemsigtige end dem, der er fremstillet af indiumtinoxid, standardmaterialet, der bruges i smartphones og tablets i dag. Dette er en klar fordel:Jo mere gennemsigtige elektroderne er, jo bedre skærmkvalitet. Og jo mere ledende de er, jo hurtigere og mere præcist virker berøringsskærmen.

Tredje dimension

"Indiumtinoxid bruges, fordi materialet har en relativt høj grad af gennemsigtighed, og produktionen af ​​tynde lag er blevet undersøgt godt, men det er kun moderat ledende, "siger Patrik Rohner, en ph.d. -studerende i Poulikakos 'team. For at producere mere ledende elektroder, ETH -forskerne valgte guld og sølv, som leder elektricitet meget bedre. Men fordi disse metaller ikke er gennemsigtige, forskerne måtte gøre brug af den tredje dimension. ETH -professor Poulikakos forklarer:"Hvis du vil opnå både høj ledningsevne og gennemsigtighed i ledninger fremstillet af disse metaller, du har en målkonflikt. Efterhånden som tværsnitsarealet af guld- og sølvtråde vokser, ledningsevnen øges, men gitterets gennemsigtighed falder. "

Løsningen var at bruge metalvægge, der kun var 80 til 500 nanometer tykke, som er næsten usynlige set ovenfra. Fordi de er to til fire gange højere end de er brede, tværsnitsarealet, og dermed ledningsevnen, er tilstrækkeligt høj.

Ink-jet printer med lille printhoved

Forskerne producerede disse små metalvægge ved hjælp af en trykproces kendt som Nanodrip, som Poulikakos og hans kolleger udviklede for tre år siden. Dens grundlæggende princip er en proces, der kaldes elektrohydrodynamisk ink-jet print. I denne proces bruger forskere blæk fremstillet af metal -nanopartikler i et opløsningsmiddel; et elektrisk felt trækker ultrasmå dråber af metalblækket ud af en kapillær af glas. Opløsningsmidlet fordamper hurtigt, gør det muligt at opbygge en tredimensionel struktur dråbevis.

Det særlige ved Nanodrip -processen er, at de dråber, der kommer ud af glaskapillæren, er cirka ti gange mindre end selve blændeåbningen. Dette gør det muligt at udskrive meget mindre strukturer. "Forestil dig en vanddråbe, der hænger fra en hane, der er slukket. Og forestil dig nu, at en anden lille dråbe hænger fra denne dråbe - vi udskriver kun den lille dråbe, "Forklarer Poulikakos. Forskerne formåede at skabe denne særlige form for dråbe ved perfekt at balancere sammensætningen af ​​metallisk blæk og det anvendte elektromagnetiske felt.

Omkostningseffektiv produktion

Den næste store udfordring bliver nu at opskalere metoden og udvikle printprocessen yderligere, så den kan implementeres i industriel skala. For at opnå dette, forskerne arbejder sammen med kolleger fra ETH spin-off selskabet Scrona.

De er ikke i tvivl om, at når det først er blevet opskaleret, teknologien vil medføre en lang række fordele sammenlignet med eksisterende metoder. I særdeleshed, det vil sandsynligvis være mere omkostningseffektivt, som Nanodrip -udskrivning, i modsætning til produktionen af ​​indiumtinoxidelektroder, kræver ikke et renrumsmiljø. De nye elektroder skulle også være mere velegnede til store berøringsskærme på grund af deres højere ledningsevne. Og endelig er processen også den første, der giver dig mulighed for at variere nanovæggenes højde direkte under udskrivning, siger ETH -ph.d. -studerende Rohner.

En anden mulig fremtidig anvendelse kan være i solceller, hvor transparente elektroder også er påkrævet. Jo mere gennemsigtige og ledende de er, jo mere elektricitet, der kan udnyttes. Og endelig, elektroderne kunne også spille en rolle i den videre udvikling af buet display ved hjælp af OLED -teknologi.