Transparante elektroden zijn een essentieel onderdeel van zonnecellen en elektronische displays. Om elektriciteit op te vangen in een zonnecel of om elektriciteit te injecteren voor een display, je hebt een geleidend contact nodig, als een metaal, maar je moet ook licht kunnen binnenlaten (voor zonnecellen) of uit (voor displays).

Metaal is ondoorzichtig, dus de huidige technieken gebruiken metaaloxiden, meestal indiumtinoxide - een bijna kritisch zeldzaam aardmetaal - als geleidend contact. Omdat de voorraad van dit zeldzame aardmetaal beperkt is, Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) zijn overgestapt op geordende metalen nanodraadgaasjes die een hoge doorlaatbaarheid bieden (vanwege de kleine diameters van de nanodraden), hoge elektrische connectiviteit (vanwege de vele contactpunten in het gaas) en gebruik meer algemene elementen. Het onderzoek verschijnt in het tijdschrift Zachte materie .

De nanodraadarrays hebben ook toepassingen voor optische metamaterialen - composietmaterialen die meestal zijn gemaakt van metalen en diëlektrica - die unieke optische eigenschappen hebben die niet in de natuur voorkomen. Bijvoorbeeld, alle natuurlijk voorkomende materialen hebben een positieve brekingsindex. Maar metamaterialen kunnen zo worden ontworpen dat ze een negatieve brekingsindex hebben, wat betekent dat licht dat door dit materiaal gaat in de tegenovergestelde richting zou gaan van wat je normaal zou zien, en kan structuren creëren zoals verhulapparaten en perfecte lenzen.

Omdat de structuur van optische metamaterialen kleiner moet zijn dan de golflengte waarop ze functioneren, het fabriceren van optische metamaterialen die werken bij zichtbare golflengten vereist eigenschappen in de orde van 100 nanometer of kleiner.

"We hebben een schaalbare methode gedemonstreerd om metalen nanodraadarrays en mazen te maken over vierkante centimeters met instelbare sub-100 nanometerdimensies en geometrieën, " zei LLNL materiaalwetenschapper Anna Hiszpanski, hoofdonderzoeker van het project. "We waren in staat om vergelijkbare of kleinere afmetingen te bereiken dan wat de traditionele nanofab-technieken kunnen produceren en dit te doen over een aanzienlijk groter gebied dat relevant is voor toepassingen in de echte wereld."

Voor transparante elektrodetoepassingen, het hebben van zulke kleine metalen nanodraadmazen is belangrijk omdat hun kleine diameter van nanometer meer licht doorlaat, terwijl de geordende aard van de arrays / mazen het aantal elektrische contacten tussen nanodraden verhoogt, toenemende geleidbaarheid.

"Nanodraden bestellen om het aantal elektrische verbindingen tussen draden te vergroten is zeer wenselijk, maar moeilijk om te doen, Hiszpanski zei. "Voortbouwend op het zelfassemblagegedrag van blokcopolymeren dat andere groepen hebben aangetoond, we zijn deze uitdaging aangegaan en hebben geordende metalen nanodraadgaasjes gemaakt. De zeer eenvoudige bottom-up-benadering die we hebben gebruikt om deze geordende nanodraadgaasjes te fabriceren, is inherent schaalbaar naar apparaatrelevante gebieden."

Een veelvoorkomend steekproefomvanggebied dat deze traditionele nanofabricagetechnieken voor metamaterialen gebruikt, is 100 micron (in het kwadraat), maar het team was in staat om nanopatronen te maken met meer dan centimeter (vierkante) gebieden - gebieden die meer dan zes ordes van grootte groter zijn.

"Om deze metamaterialen buiten het laboratorium en in toepassingen te gaan gebruiken, fabricage over grotere gebieden is een noodzaak, " zei LLNL materiaalwetenschapper Yong Han, een co-auteur van het artikel.

De volgende stap is het verhogen van de geleidbaarheid van het metalen nanodraadgaas.