透明导电薄膜有望开发柔性屏幕

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研究人员已经证实了一种新型的基于纳米银的透明导电膜的大规模制造。智能手机触摸屏和平板电视使用透明电极来检测触摸,并快速切换每个像素的颜色。因为银比目前用于制造这些电极的材料更不易碎和更耐化学性,所以新的薄膜可以为柔性屏幕和电子器件提供高性能和持久的选择。银基薄膜还可以使柔性太阳能电池安装在窗户、屋顶甚至个人设备上。

在《光学材料快报》杂志上,研究人员报告在直径为10厘米的玻璃圆盘上制造透明导电薄膜。基于与实验测量紧密匹配的理论估计,他们计算出薄膜电极可以比现有的柔性显示器和触摸屏使用得更好。

研究人员使用胶体光刻技术来制造透明透明导电薄膜。(a)制作过程的示意图。(b)在银沉积后,单个纳米孔沉积并溶解塑料颗粒。刻度尺:200纳米。(c)在均匀颗粒单层上沉积银薄膜的低倍显微照片,显示了大规模的可行性。刻度尺:50微米。(d)在旋涂后的基底上的单层颗粒和在等离子体炉中的短(60秒)时间:刻度棒:2微米。(e)在等离子体炉中长时间(3分钟)后的粒子单层,表明即使在显著减小尺寸之后,原始粒子位置也被保留。刻度尺:10微米。

该论文的第一作者,来自丹麦南部大学的Jes Linnet说:“我们用于制造的方法是高度可重复的,并在透明性和导电性之间形成一种可调节的折衷结构。”“这意味着,如果一个器件需要更高的透明度,但导电率更低,则可以通过改变薄膜的厚度来适应薄膜。”

寻找灵活的选择

当今大多数透明电极是由氧化铟锡(ITO)制成的,它可以表现出高达92%的透明度——与玻璃相媲美。虽然高度透明,但必须仔细处理ITO薄膜以实现可重复的性能,并且过于易碎,不能与柔性电子器件或显示器一起使用。研究人员正在寻找替代的ITO,因为这些缺点。

贵金属如金、银和铂的抗腐蚀性使它们有希望用ITO替代品来制造可用于柔性基板的持久耐化学腐蚀的电极。然而,迄今为止,贵金属透明导电膜由于表面与其它层之间的界面不平坦而具有高的表面粗糙度,这会降低性能。透明导电膜也可以使用碳纳米管制成,但是这些膜目前对于所有的应用都没有足够高的电导,并且由于纳米管彼此堆叠而倾向于遭受表面粗糙。

在这项新的研究中,研究人员使用胶体光刻的方法来制造透明导电银薄膜。他们首先通过用一层均匀大小、紧密堆积的塑料纳米粒子涂覆10厘米的晶片来制造掩蔽层或模板。研究人员将这些被涂覆的晶片放入等离子炉中,以均匀地缩小所有颗粒的大小。当它们在掩蔽层上沉积银薄膜时,银进入粒子之间的空间。然后,它们溶解颗粒,留下一个精确的蜂窝状孔图案,允许光通过,从而产生导电和光学透明的膜。

透明性与导电性的平衡

研究人员证明,他们的大规模制造方法可以用来制造银透明电极,透光率高达80%,同时保持电阻片电阻低于每平方米10欧姆,约为碳纳米管基底所报道的第十。D薄膜具有等效透明性。电阻越低,电极就越能导电。

“我们的工作最新颖的方面是,我们利用理论分析与测量结果很好地解释了薄膜的传输特性和电导特性。”琳内特说。“制造问题通常使得很难从新材料获得最佳理论性能。我们决定报告我们遇到的实验和假设补救措施,以便这些信息可以在未来使用,以避免或尽量减少可能影响性能的问题。

研究人员说,他们的研究结果表明,胶体光刻可以用来制造透明导电薄膜,它是化学稳定的,并且可以用于各种应用。

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