(Phys.org) —Onderzoekers hebben een nieuw type transparante elektrode gemaakt die mogelijk wordt gebruikt in zonnecellen, flexibele displays voor computers en consumentenelektronica en toekomstige "opto-elektronische" circuits voor sensoren en informatieverwerking.

De elektrode is gemaakt van zilveren nanodraden bedekt met een materiaal dat grafeen wordt genoemd, een extreem dunne laag koolstof. Het hybride materiaal is veelbelovend als mogelijke vervanging voor indiumtinoxide, of ITO, gebruikt in transparante elektroden voor touchscreen-monitoren, beeldschermen voor mobiele telefoons en flatscreen-tv's. De industrie zoekt naar alternatieven voor ITO vanwege nadelen:het is relatief duur vanwege de beperkte hoeveelheid indium, en het is inflexibel en degradeert na verloop van tijd, broos worden en de prestaties belemmeren.

"Als je ITO probeert te buigen, barst het en werkt het niet meer goed, " zei Purdue University-promovendus Suprem Das.

Het hybride materiaal zou een stap kunnen zijn in de richting van innovaties, inclusief flexibele zonnecellen en kleurenmonitoren, flexibele "heads-up"-displays in autoruiten en informatiedisplays op brillen en vizieren.

"De belangrijkste innovatie is een materiaal dat transparant is, maar toch elektrisch geleidend en flexibel, " zei David Janes, een professor in elektrische en computertechniek.

Onderzoeksresultaten werden gedetailleerd beschreven in een paper die in april online verscheen in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen . De paper is online beschikbaar op http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201300124/full. Het is geschreven door Das; bezoekende student Ruiyi Chen; afgestudeerde studenten Changwook Jeong en Mohammad Ryyan Khan; Janes en Mohammed A. Alam, een Purdue hoogleraar elektrische en computertechniek.

Het hybride concept werd in eerdere publicaties voorgesteld door Purdue-onderzoekers, inclusief een artikel uit 2011 in het tijdschrift Nano-letters . Het concept vertegenwoordigt een algemene benadering die van toepassing zou kunnen zijn op veel andere materialen, zei Alam, wie is co-auteur van de Nano-letters papier.

"Dit is een prachtige illustratie van hoe theorie een fundamentele nieuwe manier mogelijk maakt om materiaal op nanoschaal te engineeren en de eigenschappen ervan aan te passen, " hij zei.

Dergelijke hybride structuren zouden onderzoekers in staat kunnen stellen om het "elektronentransport knelpunt" van extreem dunne films te overwinnen, tweedimensionale materialen genoemd.

Het combineren van grafeen en zilveren nanodraden in een hybride materiaal overwint de nadelen van elk materiaal afzonderlijk:de grafeen en nanodraden geleiden elektriciteit met te veel weerstand om praktisch te zijn voor transparante elektroden. Vellen grafeen zijn gemaakt van afzonderlijke segmenten die korrels worden genoemd, en de weerstand neemt toe aan de grenzen tussen deze korrels. Zilveren nanodraden, anderzijds, hebben een hoge weerstand omdat ze willekeurig zijn georiënteerd als een wirwar van tandenstokers die in verschillende richtingen zijn gericht. Deze willekeurige oriëntatie zorgt voor slecht contact tussen nanodraden, wat resulteert in een hoge weerstand.

"Dus geen van beide is goed voor het geleiden van elektriciteit, maar als je ze combineert in een hybride structuur, zij zijn, ' zei Jannes.

Het grafeen wordt over de zilveren nanodraden gedrapeerd.

"Het is alsof je een vel cellofaan over een kom noedels legt, "Zei Janes. "Het grafeen wikkelt zich om de zilveren nanodraden en strekt zich er omheen uit."

Bevindingen tonen aan dat het materiaal een lage plaatweerstand heeft, " of de elektrische weerstand in zeer dunne materiaallagen, die wordt gemeten in eenheden die 'vierkanten' worden genoemd. Bij 22 ohm per vierkant, het is vijf keer beter dan ITO, die een plaatweerstand heeft van 100 ohm per vierkant.

Bovendien, de hybride structuur bleek weinig weerstandsverandering te hebben bij het buigen, terwijl ITO een dramatische toename van de weerstand vertoont wanneer het wordt gebogen.

"De algemeenheid van het theoretische concept dat ten grondslag ligt aan deze experimentele demonstratie - namelijk 'percolatie-doping' - suggereert dat het waarschijnlijk van toepassing is op een breed scala van ander 2D-nanokristallijn materiaal, inclusief grafeen, ' zei Alam.

Een octrooiaanvraag is ingediend door Purdue's Office of Technology Commercialization.