Onderzoekers hebben grootschalige fabricage aangetoond van een nieuw type transparante geleidende elektrodefilm op basis van zilver met nanopatroon. Aanraakschermen van smartphones en flatpanel-televisies gebruiken transparante elektroden om aanraking te detecteren en om snel van kleur te veranderen van elke pixel. Omdat zilver minder bros en chemisch bestendiger is dan de materialen die momenteel worden gebruikt om deze elektroden te maken, de nieuwe films zouden een hoogwaardige en duurzame optie kunnen bieden voor gebruik met flexibele schermen en elektronica. De op zilver gebaseerde films kunnen ook flexibele zonnecellen mogelijk maken voor installatie op ramen, daken en zelfs persoonlijke apparaten.

In het journaal Optische materialen Express , de onderzoekers rapporteren fabricage van een transparante geleidende dunne film op glazen schijven met een diameter van 10 centimeter. Gebaseerd op theoretische schattingen die nauw overeenkwamen met experimentele metingen, ze berekenen dat de dunnefilm-elektroden aanzienlijk beter zouden kunnen presteren dan de elektroden die worden gebruikt voor bestaande flexibele displays en aanraakschermen.

"De benadering die we voor fabricage hebben gebruikt, is zeer reproduceerbaar en creëert een chemisch stabiele configuratie met een afstembare afweging tussen transparantie en geleidende eigenschappen, " zei de eerste auteur van de krant, Jes Linnet van de Universiteit van Zuid-Denemarken. "Dit betekent dat als een apparaat hogere transparantie maar minder geleidbaarheid nodig heeft, de film kan worden aangepast door de dikte van de film te veranderen."

Een flexibel alternatief vinden

De meeste van de huidige transparante elektroden zijn gemaakt van indiumtinoxide (ITO), die tot 92 procent transparantie kan vertonen, vergelijkbaar met glas. Hoewel zeer transparant, ITO dunne films moeten zorgvuldig worden verwerkt om reproduceerbare prestaties te bereiken en zijn te broos om te gebruiken met flexibele elektronica of displays. Vanwege deze nadelen zoeken onderzoekers naar alternatieven voor ITO.

Het anticorrosieve karakter van edele metalen zoals goud, zilver en platina maakt ze veelbelovende ITO-alternatieven voor het creëren van duurzame, chemisch resistente elektroden die kunnen worden gebruikt met flexibele substraten. Echter, tot nu, edele metalen transparante geleidende films hebben te lijden gehad van een hoge oppervlakteruwheid, wat de prestaties kan verminderen omdat de interface tussen de film en andere lagen niet vlak is. Transparante geleidende films kunnen ook worden gemaakt met behulp van koolstofnanobuisjes, maar deze films vertonen momenteel niet voldoende geleiding voor alle toepassingen en hebben de neiging ook te lijden aan oppervlakteruwheid doordat de nanobuisjes op elkaar worden gestapeld.

In de nieuwe studie de onderzoekers gebruikten een benadering genaamd colloïdale lithografie om transparante geleidende zilveren dunne films te maken. Ze maakten eerst een maskeerlaag, of sjabloon, door een wafel van 10 centimeter te coaten met een enkele laag van gelijkmatige, dicht opeengepakte plastic nanodeeltjes. De onderzoekers plaatsten deze gecoate wafels in een plasma-oven om de grootte van alle deeltjes gelijkmatig te verkleinen. Toen ze een dunne zilverfilm op de maskeringslaag afzetten, het zilver ging de ruimtes tussen de deeltjes binnen. Vervolgens losten ze de deeltjes op, een nauwkeurig patroon van honingraatachtige gaten achterlaten waar licht doorheen kan, het produceren van een elektrisch geleidende en optisch transparante film.

Balans tussen transparantie en geleidbaarheid

De onderzoekers toonden aan dat hun grootschalige fabricagemethode kan worden gebruikt om zilvertransparante elektroden te maken met maar liefst 80 procent transmissie, terwijl de weerstand van de elektrische plaat onder de 10 ohm per vierkant blijft - ongeveer een tiende van wat is gerapporteerd voor op koolstof-nanobuis gebaseerde films met de equivalente transparantie. Hoe lager de elektrische weerstand, hoe beter de elektroden een elektrische lading kunnen geleiden.

"Het meest nieuwe aspect van ons werk is dat we rekening hebben gehouden met zowel de transmissie-eigenschappen als de geleidbaarheidseigenschappen van deze dunne film met behulp van theoretische analyse die goed correleerde met de gemeten resultaten, "Zei Linnet. "Fabricatieproblemen maken het doorgaans moeilijk om de beste theoretische prestaties uit een nieuw materiaal te halen. We hebben besloten om te rapporteren wat we experimenteel zijn tegengekomen en oplossingen aan te dragen, zodat deze informatie in de toekomst kan worden gebruikt om problemen die de prestaties kunnen beïnvloeden te voorkomen of te minimaliseren."

De onderzoekers zeggen dat hun bevindingen aantonen dat colloïdale lithografie kan worden gebruikt om transparante geleidende dunne films te vervaardigen die chemisch stabiel zijn en nuttig kunnen zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen.