Получен новый материал для сенсорных пленок
Сенсорные экраны смартфонов, различные терминалы, плоские мониторы и множество других современных устройств используют прозрачные токопроводящие пленки для обнаружения касания пользователя. Сегодняшние пленки не устраивают своими характеристиками производителей, поэтому ищутся разные альтернативы.
Недавно ученые продемонстрировали образцы прозрачной проводящей электродной пленки нового типа, изготовленные на основе нанопористого серебра (nanopatterned silver). Поскольку этот химический элемент менее хрупкий и более стойкий, чем материалы, используемые в настоящее время, данный метод может предложить высокопроизводительный и долговечный вариант пленок, которые могут использоваться не только в смартфонах, но и в инновационных складных экранах. Еще одной областью применения станут гибкие солнечные элементы, устанавливаемые на окнах, крышах и на транспортных средствах.
Результаты своей работы исследователи опубликовали в журнале “Optical Materials Express”, в статье они демонстрируют изготовленные прозрачные проводящие тонкие пленки на стеклянных дисках диаметром десять сантиметров. На основе теоретических оценок и экспериментальных измерений, они показывают, что их образцы работают значительно лучше, чем те, которые используются для существующих сенсорных экранов и гибких дисплеев.
Главный автор работы Йес Линнет (Jes Linnet) из университета Южной Дании рассказал, что их метод изготовления легко воспроизводим, а значит может быть быстро налажено масштабное производство пленок. Они создают химически стабильную конфигурацию материала с вариативными настройками прозрачности и токопроводящих свойств. Это означает, что если устройству требуется более проводимая поверхность, то можно это сделать, увеличив толщину и одновременно слегка уменьшив прозрачность.
Большинство современных прозрачных пленок на электронные гаджеты изготовлены из оксида индия-олова (ITO), который обладает отличной прозрачностью до 92 процентов, что сопоставимо со стеклом. Однако, помимо этого, у них есть недостатки: тонкие пленки ITO необходимо тщательно обрабатывать для достижения нужных характеристик, а также они слишком хрупкие для использования в гибкой электронике. Из-за этих минусов ученые уже давно ищут альтернативу ITO, и серебро было на первом месте среди возможных элементов для синтеза нового материала.
Антикоррозийные свойства и отличная электропроводность благородных металлов (золото, серебро и платина), делают их перспективными альтернативами для создания долговечных, химически стойких проводящих пленок, которые могут использоваться с гибкими подложками. Однако до сих пор не удавалось сделать гладкие покрытия из серебра - высокая шероховатость поверхности ухудшала характеристики из-за плохого контакта разных слоев.
Прозрачные проводящие пленки также могут быть изготовлены с использованием углеродных нанотрубок, но в настоящее время также не найдено технологии для получения достаточно высокой проводимости, поверхность этого материала также слишком шероховатая из-за наслоений нанотрубок друг на друга.
В новом методе для производства прозрачных проводящих серебряных тонких пленок исследователи использовали процесс под названием коллоидная литография. Сначала они создали маскирующий слой или подложку, которая имела большую площадь поверхности - на 10-сантиметровый диск нанесли один слой плотно упакованных мельчайших пластиковых частиц одного размера. После этого поместили диск в печь, чтобы равномерно уменьшить размер всех частиц подложки. Далее наносили тонкую пленку серебра на маскирующий слой, и металл проник в промежутки между пластиковыми частицами, образуя структуру подобную пчелиным сотам. Затем пластик растворяют и сверху остается одно серебро, которые пропускают свет, но является электрическим проводником. Получается желанная токопроводящая и оптически прозрачная пленка.
Исследователи продемонстрировали, что их метод изготовления пленок большой площади из серебра можно использовать для создания покрытий с коэффициентом пропускания света до 80 процентов при сохранении электрического сопротивления листа ниже 10 Ом на квадратный метр. Это примерно в десять раз лучше полученного в экспериментах с углеродными нанотрубками эквивалентной прозрачности. Чем ниже это электрическое сопротивление, тем лучше проходит ток, тем эффективнее будет пленка.
Своей заслугой ученые считают предварительный теоретический расчет проводимости и прозрачности, который потом подтвердили характеристики полученного материала. Они смоделировали структуру серебряной пленки для лучших электрических и оптических характеристик, поэтому не пришлось много экспериментировать с вариантами при непосредственном производстве.
Результаты показывают, что коллоидная литография может быть использована для изготовления тонких прозрачных проводящих пленок, которые смогут использоваться в электронике. Мировые запасы индия при текущем потреблении могут быть исчерпаны через пару десятилетий, поэтому его замена серебром будет полезна всем производителям.
