In een aanraakscherm of een zonnepaneel, elke geleidende overlay kan maar beter duidelijk zijn. Ingenieurs gebruiken transparante dunne films van indiumtinoxide (ITO) voor de klus, maar de eigenschappen van een hightech materiaal zijn slechts de helft van zijn cv. Ze moeten ook zo goedkoop en gemakkelijk te vervaardigen mogelijk zijn. In een nieuwe studie, onderzoekers van Brown University en ATMI Inc. rapporteren de beste transparantie- en geleidbaarheidsprestaties ooit voor een ITO gemaakt met behulp van een chemische oplossing, wat mogelijk het gemakkelijke is, goedkope methode fabrikanten willen.

"Onze technologie bevindt zich al op het prestatieniveau voor toepassing in resistieve aanraakschermen, " zei Jonghun Lee, een afgestudeerde student in de chemie van Brown en hoofdauteur van het artikel dat op 1 augustus online is geplaatst door de Tijdschrift van de American Chemical Society .

De groep maakte geleidende ITO-films van 146 miljardste van een meter dik die 93 procent van het licht doorlaten, een transparantie vergelijkbaar met de glasplaten waarop ze zijn aangebracht. Het team maakte hun films ook bovenop buigbaar polyimide, waaruit blijkt dat het mogelijk nuttig kan zijn voor het maken van flexibele weergavetechnologieën.

In verschillende experimenten toonden ze aan dat ze door de dikte en het tingehalte te variëren (tussen 5 en 10 procent was het beste) de transparantie en weerstand konden variëren om de beste combinatie te vinden.

"Door de concentratie van de nanokristaloplossing te regelen, we konden de dikte van de film regelen van 30 nanometer tot 140 nanometer, "zei Leen.

De oplossing

Om de films te maken, het team synthetiseerde ITO-kristallen op nanoschaal in een oplossing. Daarna maakten ze er een platte en gladde film van door de oplossing op een glasplaat te druppelen, gevolgd door snel ronddraaien, een proces dat spincasting wordt genoemd. Van daaruit bakten ze, of gegloeid, de beklede platen enkele uren (de beste tijdsduur bleek zes uur te zijn) en testte vervolgens hun transparantie en geleidbaarheid.

Spingieten is eenvoudig zoals hightech productieprocessen gaan, maar het vinden van de chemie waarmee spingieten een hoogwaardige ITO-dunne film kan produceren, is ongrijpbaar gebleken. Een belangrijke prestatie beschreven in het nieuwe document, de materialen vond die nodig waren om de ITO-kristallen op nanoschaal te maken, zei Shouheng Sun, hoogleraar scheikunde aan Brown en de corresponderende auteur van de studie.

De beste chemicaliën bleken indiumacetylacetonaat en tinbis(acetylacetonaat)dichloride te zijn. Ze synthetiseerden ITO-nanokristallen met een smal bereik van groottes, ongeveer 11 miljardste van een meter in diameter. Die consistentie betekende dat wanneer de kristallen zich in de dunne films rangschikten, ze klonterden niet samen in bosjes, noch te ver uit elkaar bleef. Het resultaat was een dichte maar gelijkmatig verdeelde reeks kristallen, wat de geleidbaarheid bevordert.

"Als het deeltje klontert, dan kun je geen uniforme montage krijgen en kun je geen goede geleidbaarheid krijgen, ' zei Zon.

Deze ontdekking was van cruciaal belang voor het bereiken van de prestaties op hoog niveau die in het document worden beschreven, maar het team weet dat het nog steeds op die vooruitgang moet voortbouwen - bijvoorbeeld om de geleidbaarheidsprestaties van films te evenaren die zijn gemaakt met een proces dat sputteren wordt genoemd.

"De volgende stap is om de geleidbaarheid te verbeteren tot een omvang die overeenkomt met gesputterde ITO, terwijl de verminderde kosten en procesefficiëntievoordelen worden gerealiseerd die worden verwacht van een oplossingsgebaseerde ITO-depositiemethode, " zei Melissa Petruska, senior wetenschapper bij ATMI en co-auteur van het artikel.

Bij nieuwe experimenten daarom, het team is van plan om de elektrische weerstand verder te verlagen, om de tijd die de films nodig hebben om te gloeien te verminderen, en fijne patronen van hun films vast te leggen, in plaats van doorlopende vellen, met behulp van inkjet of roll-to-roll printen.