(PhysOrg.com) -- Een team van scheikundigen van Duke University heeft een eenvoudige manier geperfectioneerd om kleine koperen nanodraden in grote hoeveelheden te maken. De goedkope geleiders zijn klein genoeg om transparant te zijn, waardoor ze ideaal zijn voor dunne-film zonnecellen, flatscreen-tv's en computers, en flexibele displays.

"Stel je een opvouwbare iPad voor, " zei Benjamin Wiley, een assistent-professor scheikunde aan Duke. Zijn team rapporteert zijn bevindingen deze week online in Geavanceerde materialen .

Nanodraden gemaakt van koper presteren beter dan koolstofnanobuisjes, en zijn veel goedkoper dan zilveren nanodraden, zei Wiley.

De nieuwste flatscreen-tv's en computerschermen produceren beelden door een reeks elektronische pixels verbonden door een transparante geleidende laag gemaakt van indiumtinoxide (ITO). ITO wordt ook gebruikt als transparante elektrode in dunne-film zonnecellen.

Maar ITO heeft nadelen:het is broos, ongeschikt maken voor flexibele schermen; het productieproces is inefficiënt; en het is duur en wordt steeds duurder door de toenemende vraag.

"Als we deze alomtegenwoordige elektronica en zonnecellen willen hebben, " zei Wiley, "we moeten materialen gebruiken die overvloedig aanwezig zijn in de aardkorst en die niet veel energie kosten om te extraheren." Hij wijst erop dat er maar heel weinig materialen zijn waarvan bekend is dat ze zowel transparant als geleidend zijn, daarom wordt ITO ondanks de nadelen nog steeds gebruikt.

Echter, Wiley's nieuwe werk laat zien dat koper, dat duizendmaal overvloediger is dan indium, kan worden gebruikt om een ​​film van nanodraden te maken die zowel transparant als geleidend is.

Zilveren nanodraden presteren ook goed als transparante geleider, en Wiley droegen bij aan een patent op de productie ervan als afgestudeerde student. Maar zilver, zoals indium, is zeldzaam en duur. Andere onderzoekers hebben geprobeerd de prestaties van koolstofnanobuisjes als transparante geleider te verbeteren, maar zonder veel geluk.

"Het feit dat koperen nanodraden goedkoper zijn en beter werken, maakt ze een veelbelovend materiaal om dit probleem op te lossen, ' zei Willy.

Wiley en zijn studenten, PhD-kandidaat Aaron Rathmell en student Stephen Bergin, kweekte de koperen nanodraden in een oplossing op waterbasis. "Door verschillende chemicaliën aan de oplossing toe te voegen, je kunt de assemblage van atomen in verschillende nanostructuren regelen, "zei Wiley. In dit geval, wanneer het koper kristalliseert, het vormt eerst kleine "zaadjes, " en dan ontspruit een enkele nanodraad uit elk zaadje. Het is een mechanisme van kristalgroei dat nog nooit eerder is waargenomen.

Omdat het proces op waterbasis is, en omdat koperen nanodraden flexibel zijn, Wiley denkt dat de nanodraden van een oplossing kunnen worden gecoat in een roll-to-roll-proces, zoals het drukken van kranten, die veel efficiënter zou zijn dan het ITO-productieproces.

Andere onderzoekers hebben eerder koperen nanodraden gemaakt, maar op veel kleinere schaal.

Wiley's lab is ook het eerste dat aantoont dat koperen nanodraden goed presteren als transparante geleider. Hij zei dat het proces moet worden opgeschaald voor commercieel gebruik. en hij moet nog een paar andere problemen oplossen:voorkomen dat de nanodraden gaan klonteren, wat de transparantie vermindert, en voorkomen dat het koper oxideert, wat de geleidbaarheid vermindert. Zodra het klonterprobleem is opgelost, Wiley gelooft dat de geleidbaarheid van de koperen nanodraden overeenkomt met die van zilveren nanodraden en ITO.

Willy, die een octrooi heeft aangevraagd voor zijn proces, verwacht in de niet al te verre toekomst koperen nanodraden in commercieel gebruik te zien. Hij merkt op dat er al investeringsfinanciering beschikbaar is voor de ontwikkeling van transparante geleiders op basis van zilveren nanodraden.

"We denken dat het gebruik van een materiaal dat honderd keer goedkoper is, nog aantrekkelijker zal zijn voor durfkapitalisten, elektronische bedrijven en zonne-energiebedrijven die allemaal deze transparante elektroden nodig hebben, " hij zei.