In een poging om grote touchscreens te verbeteren, LED-lichtpanelen en infraroodzonnecellen voor raammontage, onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben plastic geleidend gemaakt en het ook transparanter gemaakt.

Ze bieden een recept om andere onderzoekers te helpen de beste balans te vinden tussen geleidbaarheid en transparantie door een drielaags antireflectieoppervlak te creëren. De geleidende metaallaag is ingeklemd tussen twee "diëlektrische" materialen die licht gemakkelijk doorlaten. De diëlektrica verminderen de reflectie van zowel de plastic als de metalen laag ertussen.

"We hebben een manier ontwikkeld om coatings te maken met een hoge transparantie en geleidbaarheid, lage waas, uitstekende flexibiliteit, eenvoudige fabricage en grote compatibiliteit met verschillende oppervlakken, " zei Jay Guo, U-M hoogleraar elektrotechniek en informatica, die het werk leidde.

Eerder, Guo's team had aangetoond dat het mogelijk was om een ​​laag metaal op een plastic plaat aan te brengen om het geleidend te maken - een heel dun laagje zilver dat, op zichzelf, verminderde de lichttransmissie met ongeveer 10%.

Lichttransmissie door kunststof is iets lager dan door glas, maar de transparantie kan worden verbeterd met antireflectiecoatings. Guo en zijn collega Dong Liu, een gasthoogleraar aan de U-M van de Nanjing University of Science and Technology, realiseerden zich dat ze een antireflectiecoating konden maken die ook geleidend was.

"Het was vanzelfsprekend dat de transmissie van de geleider lager is dan die van het substraat, maar we laten zien dat dit niet het geval is, " zei Chengang Ji, eerste auteur van de studie in Natuurcommunicatie , die aan het project werkte als een Ph.D. student in elektrotechniek en computertechniek. Ji promoveerde in 2019 aan de U-M.

De diëlektrica die het team in dit geval heeft gekozen, zijn aluminiumoxide en zinkoxide. Aan de kant die zich het dichtst bij de lichtbron bevindt, het aluminiumoxide reflecteert minder licht terug naar de bron dan het plastic oppervlak zou doen. Dan komt de metalen laag, samengesteld uit zilver met een kleine hoeveelheid koper erin, slechts 6,5 nanometer dik, en vervolgens helpt zinkoxide het licht naar het plastic oppervlak te leiden. Wat licht wordt nog steeds teruggekaatst waar het plastic de lucht aan de andere kant ontmoet, maar over het algemeen, de lichttransmissie is beter dan het plastic alleen. De transmissie is 88,4%, een stijging van 88,1% voor het plastic alleen.

Met de theorieresultaten het team verwacht dat andere onderzoekers soortgelijke flexibele, flexibele, zeer transparante geleiders, die nog meer licht doorlaten dan het plastic alleen.

"We vertellen mensen hoe transparant een diëlektrische-metaal-diëlektrische geleider zou kunnen zijn, voor een beoogde elektrische geleiding. We vertellen ze ook stap voor stap hoe ze deze hoge transmissie kunnen bereiken, ' zei Liu.

De trucs zijn het selecteren van de juiste diëlektrica en het uitzoeken van de juiste dikte voor elk om de reflectie van het dunne metaal te onderdrukken. In het algemeen, het materiaal tussen kunststof en metaal moet een hogere brekingsindex hebben, terwijl het materiaal dat zich het dichtst bij het scherm of de lichtbron bevindt, een lagere brekingsindex zou moeten hebben.

Guo blijft de technologie vooruit helpen, meewerken aan een project waarbij transparante geleiders in zonnecellen worden gebruikt voor montage op ramen. Deze kunnen infrarood licht absorberen en omzetten in elektriciteit, terwijl het zichtbare spectrum overblijft om de kamer op te fleuren. Hij stelt ook grote interactieve displays voor en autoruiten die ijs kunnen smelten zoals achterruiten dat kunnen.