Heb je je je smartphone of tablet ooit voorgesteld zonder touchscreen? Dit kan binnenkort het geval zijn als we geen indium meer hebben, een van de zeldzaamste mineralen op aarde.

Indium wordt gebruikt in veel hightech apparaten zoals aanraakschermen, smartphones, zonnepanelen en slimme ramen, in de vorm van indiumtinoxide. Deze verbinding is optisch transparant en elektrisch geleidend - de twee cruciale kenmerken die nodig zijn om touchscreens te laten werken.

Maar er is een probleem:we hebben geen gegarandeerde levering van indium op lange termijn. Het wordt van nature alleen in kleine sporen gevonden, en is daarom onpraktisch om direct te mijnen. Bijna al het indium ter wereld komt als bijproduct van de zinkwinning.

Gelukkig, we hebben een mogelijke oplossing:mijn collega's en ik hebben een nieuwe manier ontwikkeld om optisch transparante en elektrisch geleidende coatings te maken zonder indium.

Een verergerend probleem

Omdat de wereldwijde indiumvoorraad gekoppeld is aan de zinkwinning, de beschikbaarheid en de prijs ervan zullen afhangen van de vraag naar zink.

Mogelijke dalingen in de vraag naar zink - al duidelijk in de auto-industrie - samen met het steeds toenemende gebruik van smartphones en aanraakschermen - zullen het potentiële tekort aan indium in de toekomst verergeren.

Een optie is om te proberen indium te recyclen. Maar het herstellen van gebruikte apparaten is duur vanwege de kleine hoeveelheden die ermee gemoeid zijn.

Wanneer een cruciaal materiaal schaars is, we moeten op zoek naar alternatieven. En dat is precies wat mijn collega's en ik hebben gevonden.

Hoe werkt het?

Onze nieuwe coating, waarvan de details zijn gepubliceerd in het tijdschrift Zonne-energiematerialen en zonnecellen , omvat plasmatechnologie.

Plasma is als een soep van geladen deeltjes waarin elektronen zijn weggerukt van hun atomen, en wordt vaak beschreven als de vierde toestand van materie, na solide, vloeistof en gas. Het klinkt misschien als een exotische substantie, maar in feite omvat het meer dan 99% van de zichtbare objecten in het universum. onze zon, zoals de meeste sterren, is in wezen een gigantische bal van gloeiend plasma.

Dichter bij huis, TL-lampen en neonreclames bevatten ook plasma. Onze nieuwe touchscreen films bevatten geen plasma, maar hun vervaardiging gebruikt plasma als een manier om nieuwe materialen te creëren die anders onmogelijk te maken zouden zijn.

Onze coating is gemaakt van een ultradun laagje zilver, ingeklemd tussen twee lagen wolfraamoxide. Deze structuur is minder dan 100 nanometer dik - ongeveer een duizendste van de breedte van een mensenhaar.

Deze ultradunne sandwichlagen worden gemaakt en gecoat op glas met behulp van een proces dat "plasmasputtering" wordt genoemd. Hierbij wordt een mengsel van argon- en zuurstofgassen blootgesteld aan een sterk elektrisch veld, totdat dit mengsel in de plasmatoestand verandert. Het plasma wordt gebruikt om een ​​vast wolfraam doelwit te bombarderen, atomen ervan losmaken en als een superdun laagje op het glasoppervlak afzetten.

We herhalen dit proces met zilver, en dan een laatste derde keer wolfraamoxide ingebed met zilveren nanodeeltjes. Het hele proces duurt slechts enkele minuten, produceert minimaal afval, is goedkoper dan het gebruik van indium, en kan worden gebruikt voor elk glazen oppervlak, zoals een telefoonscherm of raam.

De afgewerkte plasmacoating heeft nog een ander intrigerend kenmerk:het is elektrochroom, wat betekent dat het min of meer ondoorzichtig kan worden, of van kleur veranderen, als er een elektrische spanning wordt aangelegd.

Dit betekent dat het kan worden gebruikt om superdunne "afdrukbare displays" te maken die zwakker of helderder kunnen worden, of verander van kleur zoals gewenst. Ze zouden flexibel zijn en weinig stroom verbruiken, wat betekent dat ze voor verschillende doeleinden kunnen worden gebruikt, waaronder slimme labels of slimme vensters.

Slimme ramen gecoat met onze nieuwe films kunnen worden gebruikt om de stroom van licht en dus warmte naar behoefte te blokkeren. Onze plasmafilm kan op elk glasoppervlak worden aangebracht, die vervolgens kan worden ingesteld om de transparantie aan te passen aan het weer buiten. In tegenstelling tot bestaande "meekleurende" brillenglazen, die reageren op omgevingslichtniveaus, ons materiaal reageert op elektrische signalen, wat betekent dat het naar believen kan worden gemanipuleerd.

Onze nieuwe indiumvrije technologie heeft een groot potentieel om de volgende generatie touchscreen-apparaten te produceren, zoals smartphones of elektronische papieren, evenals slimme ramen en zonnecellen voor ecologische duurzaamheid. Deze technologie is klaar om opgeschaald te worden voor het maken van coatings op commercieel glas, en we doen nu verder onderzoek en ontwikkeling om ze aan te passen voor toekomstige draagbare elektronische apparaten.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.