Nederlandse onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een vervanger ontwikkeld voor indiumtinoxide (ITO), een belangrijk materiaal dat wordt gebruikt in displays voor allerlei alledaagse producten zoals tv's, telefoons en laptops, maar ook in zonnecellen. Helaas is indium een ​​zeldzaam metaal, en de beschikbare voorraden zullen naar verwachting binnen tien jaar vrijwel uitgeput zijn. Het vervangende materiaal is een transparant, geleidende film geproduceerd in water, en gebaseerd op elektrisch geleidende koolstofnanobuisjes en plastic nanodeeltjes. Het is gemaakt van algemeen verkrijgbare materialen, en bovendien ook nog eens milieuvriendelijk. De resultaten, die ook nieuwe inzichten bieden in geleiding in complexe composietmaterialen, werden gisteren 10 april online gepubliceerd door het wetenschappelijke tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

Het onderzoeksteam is erin geslaagd een hogere geleidbaarheid te bereiken door lage concentraties koolstofnanobuisjes en geleidende latex te combineren in een goedkope polystyreenfilm. De nanobuisjes en de latex zijn samen goed voor minder dan 1 procent van het gewicht van de geleidende film. Dat is belangrijk, omdat een hoge concentratie koolstofnanobuisjes de film zwart en ondoorzichtig maakt, dus de concentratie moet zo laag mogelijk worden gehouden. Het onderzoeksteam stond onder leiding van theoretisch natuurkundige Paul van der Schoot en polymeerchemicus Cor Koning. Post-doc Andriy Kyrylyuk is de eerste auteur van de paper in Natuur Nanotechnologie .

De onderzoekers gebruiken standaard, algemeen verkrijgbare nanobuisjes die ze oplossen in water. Daarna voegen ze geleidende latex toe (een oplossing van polymeerkralen in water), samen met een bindmiddel in de vorm van polystyreenkralen. Wanneer het mengsel wordt verwarmd, de polystyreenkralen smelten samen om de film te vormen, die een geleidend netwerk van nanobuisjes en kralen van de geleidende latex bevat. Het water, die bij de productie alleen als dispergeermiddel dient, wordt verwijderd door vriesdrogen. De 'formule' is geen kwestie van geluk, aangezien de onderzoekers eerst de verwachte effecten berekenden en ook begrijpen hoe de verhoogde geleidbaarheid werkt.

De geleidbaarheid van de transparante e-film is nog steeds een factor 100 lager dan die van indiumtinoxide. Maar Van der Schoot en Koning verwachten dat het gat snel gedicht kan worden. "We gebruikten standaard koolstofnanobuisjes, een mengsel van metalen geleidende en halfgeleidende buizen", zegt Cor Koning. "Maar zodra je 100 procent metalen buizen gaat gebruiken, de geleidbaarheid neemt sterk toe. De productietechnologie voor 100 procent metalen buizen is zojuist ontwikkeld, en we verwachten dat de prijs snel zal dalen." De geleidbaarheid van de film is echter al goed genoeg om direct te worden gebruikt als antistatische laag voor displays, of voor EMI-afscherming om apparaten en hun omgeving te beschermen tegen elektromagnetische straling.

De folie heeft een belangrijk voordeel ten opzichte van ITO:het is milieuvriendelijk. Alle materialen zijn op waterbasis, en er worden geen zware metalen zoals tin gebruikt. De nieuwe folie is ook een goed materiaal voor flexibele displays.

De onderzoekers zelf zijn zeer positief over de diversiteit van hun team, die volgens hen een belangrijke bijdrage hebben geleverd aan de resultaten. "We hadden een unieke combinatie van theoretici, modelleringsspecialisten en mensen om praktische experimenten te doen", zegt Paul van der Schoot. "Zonder die combinatie was het ons niet gelukt."