Barrièrefilms, gebruikt in alles, van voedsel- en medicijnverpakkingen tot consumentenelektronica en zonnecellen, helpen voorkomen dat uw voedsel bederft, helpen om medicatie te bewaren, en bescherm uw elektronica tegen schade door blootstelling aan lucht of een spatwater. Nu heeft een groep onderzoekers in Georgië een nieuwe manier ontwikkeld om betere films te maken met behulp van atomaire laagafzetting.

Dit zijn niet de dunne folies van plastic die een pakket koekjes kunnen verzegelen. Hoogwaardige barrièrefilms die het hightech OLED-scherm (Organic Light Emitting Diode) van uw telefoon beschermen tegen elke vleugje zuurstof of molecuul waterdamp, vereisen transparante materialen met hogere prestaties, zoals metaaloxiden.

Bestaande methoden voor het vervaardigen van deze hoogwaardige barrières zijn niet perfect. Door de manier waarop ze zijn gemaakt, ze hebben vaak kleine gebreken, resulterend in kleine gaatjes die water of zuurstof doorlaten. Dat is de reden waarom Samuel Graham en zijn collega's van het Georgia Institute of Technology hebben onderzocht hoe ze atomaire laagafzetting kunnen gebruiken om betere barrièrefilms te produceren. Op het AVS 60th International Symposium and Exhibition, gehouden in Long Beach, Californië 27 oktober – 1 november Graham zal enkele van de nieuwste ontwikkelingen in deze poging bespreken.

Graham en zijn collega's hebben nieuwe barrièrefilms gemaakt die elektronica kunnen beschermen in zeer ruwe omgevingen - wanneer ze maandenlang in zout water worden ondergedompeld, bijvoorbeeld.

"Door zulke barrièrefilms te maken, we zijn in staat om de levensduur en betrouwbaarheid van elektronische apparaten te verlengen, " Graham zei. De nieuwe coatings kunnen worden gebruikt voor elektronica zoals implanteerbare biomedische apparaten, light-emitting diodes (LED) die worden gebruikt in halfgeleiderverlichting en displays, zonnepanelen, en organische elektrochrome ramen, die van ondoorzichtig naar helder gaan wanneer een spanning wordt toegepast. Barrièrefilms zullen een grote rol spelen bij de ontwikkeling van veel toekomstige elektronische apparaten gemaakt van organische materialen, voegde Bram eraan toe.

Hoe afzetting van atoomlagen werkt

Hoogwaardige barrièrefilms worden meestal gemaakt met technieken zoals sputterdepositie of plasma-versterkte chemische dampdepositie. Bij deze methoden materiaal ofwel op een substraat wordt "gespoten" of uit een plasma wordt gekweekt, het creëren van een dunne laag die de film wordt. Hoewel efficiënt en gebruikelijk in de industrie, deze technieken leiden vaak tot defecten, meerdere coatings nodig hebben om goede barrièrefilms te creëren.

Met atomaire laagafzetting, de onderzoekers hebben een nauwkeurige controle tot op moleculair niveau, waardoor ze dun kunnen worden, zelfs films met minimale gebreken. In dit proces, de onderzoekers omringen een substraat met een gas dat een bepaald metaalatoom zoals aluminium bevat. De moleculen van het gas hechten zich vast aan het substraat, vormen een enkele laag atomen. Volgende, overtollig gas wordt uit de kamer verwijderd en een ander gas wordt geïntroduceerd dat vervolgens het metaal oxideert, het creëren van een metaaloxide dat ondoordringbaar is voor lucht of water. Het proces wordt herhaald om de gewenste dikte te bereiken, dat is slechts ongeveer 10 nanometer. In tegenstelling tot, films gemaakt met meer conventionele technieken zijn tientallen tot honderden keren dikker.

Bedrijven zijn al bezig met het ontwikkelen en verkopen van atomaire laagafzettingstechnologie, zegt Bram. Maar voor grootschalig commercieel gebruik, er moet meer worden gedaan om de technologie te verbeteren, hoe snel de materialen worden afgezet, en de chemische stabiliteit en mechanische betrouwbaarheid van de films.