Un grupo de investigadores ha demostrado la producción a gran escala de nuevas películas de electrodos conductores transparentes basadas en plata con nanomodelos. Las pantallas táctiles de los teléfonos inteligentes y los televisores de pantalla plana utilizan electrodos transparentes para detectar toques y cambiar rápidamente el color de cada píxel. Debido a que la plata es menos quebradiza y más resistente al ataque químico que los materiales utilizados actualmente para fabricar estos electrodos, las nuevas películas podrían proporcionar una opción duradera y de alto rendimiento para su uso en pantallas flexibles y dispositivos electrónicos. Las películas a base de plata también podrían permitir montar células solares flexibles en ventanas, tejados e incluso dispositivos personales.
Los investigadores informaron en la revista Optical Materials Letters que crearon películas conductoras transparentes en discos de vidrio con un diámetro de 10 cm. Basándose en estimaciones teóricas que coincidían estrechamente con las mediciones experimentales, calcularon que los electrodos de película delgada funcionaron significativamente mejor que las pantallas flexibles y táctiles existentes.
"Nuestro método de fabricación es altamente reproducible y produce configuraciones químicamente estables con compromisos ajustables entre transparencia y conductividad", dijo Jes Linnet, primer autor del artículo, de la Universidad del Sur de Dinamarca. "Esto significa que si el dispositivo requiere mayor transparencia pero menor conductividad, se puede fabricar cambiando el grosor de la película".
Encontrar alternativas flexibles
Hoy en día la mayoría de los electrodos transparentes están hechos de óxido de indio y estaño (ITO), con una transparencia de hasta 92, lo que equivale al vidrio. Aunque las películas de ITO son muy transparentes, deben manipularse con cuidado para lograr reproducibilidad y son demasiado frágiles para aplicaciones de visualización o electrónica flexible. Debido a estas deficiencias, los investigadores buscan alternativas a la ITO.
Imagen de microscopio electrónico de barrido muestra una película de plata depositada sobre nanopartículas de plástico. Las partículas disueltas dejan un patrón preciso de agujeros en forma de panal que permiten el paso de la luz, creando una película eléctricamente conductora y ópticamente transparente.
La resistencia a la corrosión de metales preciosos como el oro, la plata y el platino los convierte en una alternativa prometedora al ITO para fabricar electrodos duraderos y resistentes a productos químicos que se pueden utilizar en sustratos flexibles. Sin embargo, hasta ahora, las películas conductoras transparentes de metales nobles han tenido una alta rugosidad superficial, lo que puede degradar el rendimiento debido a interfaces desiguales entre la película y otras capas. También se pueden fabricar películas conductoras transparentes a partir de nanotubos de carbono, pero estas películas no tienen una conductividad lo suficientemente alta para todas las aplicaciones actuales y tienden a sufrir rugosidades en la superficie a medida que los nanotubos se apilan uno encima del otro.
En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron un método llamado litografía coloidal para crear películas de plata conductoras transparentes. Primero crearon una capa de máscara, o plantilla, recubriendo una oblea de 10 cm con una capa de nanopartículas de plástico muy compactas y de tamaño uniforme. Los investigadores colocaron estas obleas recubiertas en un horno de plasma, reduciendo uniformemente el tamaño de todas las partículas. Cuando depositaron una película de plata sobre la capa de máscara, la plata se movió hacia los espacios entre las partículas. Luego disuelven las partículas, dejando un patrón preciso de agujeros en forma de panal que permiten el paso de la luz, creando una película eléctricamente conductora y ópticamente transparente.
Equilibrio entre transparencia y conductividad
Los investigadores han demostrado que su método de fabricación a gran escala se puede utilizar para crear electrodos transparentes de plata con una transparencia de hasta 80 manteniendo una resistividad por debajo de 10 ohmios por cuadrado. – alrededor de una décima parte del que se basa en nanotubos de carbono. Película con la misma transparencia. Cuanto menor es la resistencia, mejor conduce la electricidad el electrodo.
Los investigadores utilizaron tecnología de litografía coloidal para crear una película conductora transparente. (a) Diagrama esquemático del proceso de fabricación. (b) Nanoporo único después de que la plata se deposite y se disuelva en partículas de plástico. Escala: 200 nm. (c) Micrografía de bajo aumento de una película de plata depositada sobre una monocapa de partículas uniformes que demuestra viabilidad a gran escala. Escala: 50 micras. (d) Una sola capa de partículas sobre el sustrato después del recubrimiento por centrifugación y un corto tiempo (60 segundos) en un horno de plasma: Dimensiones: 2 μm. (e) La monocapa de partículas después de un largo tiempo (3 minutos) en el horno de plasma demuestra que la posición original de las partículas permanece sin cambios incluso después de una reducción significativa de tamaño. Barra de escala: 10 μm.
"El aspecto más novedoso de nuestro trabajo es que utilizamos análisis teóricos vinculados a mediciones para explicar el transporte y las propiedades conductoras de esta película", dijo Linnett. "Los problemas de fabricación a menudo dificultan la obtención de propiedades teóricas óptimas de nuevos materiales. Decidimos informar lo que encontramos en nuestros experimentos e implementar medidas correctivas para que podamos usar esta información en el futuro para evitar o minimizar problemas que puedan afectar el rendimiento. " Los investigadores dicen que sus resultados muestran que la litografía coloidal se puede utilizar para crear películas conductoras transparentes y químicamente estables que se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones.
Además, la empresa nacional Chongqing Yuanshisheng Graphene Film Industry Co., Ltd. utiliza grafeno como base y utiliza un método de fase líquida para preparar películas conductoras transparentes de grafeno.
Este artículo se reimprime en la cuenta oficial de WeChat "Graphene Radar".