Металлические нанопровода позволят создавать гибкие прозрачные электроды
 Изображение созданного электрода, полученное при помощи сканирующей туннельной микроскопии. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Оксид индия-олова (Indium tin oxide, ITO) сегодня активно используется для создания прозрачных электродов. Правда, этот материал не подходит для гибкой электроники, поскольку он теряет свою проводимость в сложенном состоянии. Кроме того, компоненты из ITO достаточно хрупки и дороги, поэтому на данный момент многие научные группы ищут достойные альтернативы этого материала.
До сих пор на роль замены предлагались проводящие полимеры, углеродные нанотрубки, а также графен. Но, хотя упомянутые материалы являются более гибкими, их низкая проводимость (при формировании электронных компонент) остается значительной проблемой. Определенные перспективы в этом направлении имеют металлические нанопровода. Но, прежде чем применять в каком-либо реальном устройстве, ученым требовалось найти способ производства, позволяющий создавать металлические нанопровода с меньшим числом дефектов и наибольшей длиной (для уменьшения количества контактных переходов). Научная группа из Stanford University (США) утверждает, что в рамках последней работы им удалось решить упомянутые проблемы в рамках нового производственного процесса. Действительно, благодаря проведенным исследованиям, команде удалось сделать новый вид прозрачного электрода, который имеет поверхностное сопротивление не более 2 Ом, но при этом пропускает до 90% света. Электрод получился необыкновенно гибким: он может быть вытянут или согнут в произвольном направлении без ущерба для электронных свойств.
Разработанный электрод состоит из автономных металлических сетей. Для их производства ученые использовали электростатическую силу, чтобы извлечь непрерывные металлизированные нановолокна из вязкого раствора, что позволило сформировать достаточно прозрачную сеть длинных нанопроводов. Стоит отметить, что предложенный процесс позволяет создавать непрерывную сеть из широкого спектра функциональных материалов, в частности, золота, меди, платины, алюминия, хрома, никеля или их сплавов.
Исследование с помощью сканирующей туннельной микроскопии показало, что получаемая при таком процессе сеть состоит из металлических нановолокон, переплетенных между собой с шагом около 400 нм (при длине более 1 мм). Отдельные нановолокна оказываются надежно соединены между собой в процессе осаждения металла. Причем, такие сети могут легко и надежно прикрепляться к любой подложке, к примеру, к стеклу, пластику, бумаге, ткани и даже изогнутым формам из этих материалов. Что важно, для прикрепления не требуется какой-то специальной обработки поверхности. Однажды закрепленную сеть уже достаточно сложно удалить, даже при помощи липкой ленты.
Металлические пленки толщиной более 80 нм обычно не пропускают свет, но предложенная учеными проводящая сеть, хоть и состоит из металлических элементов, достаточно прозрачна. Созданный экспериментальный образец из нановолокон меди (материала, который, по мнению ученых, наилучшим образом подходит для подобных приложений) при поверхностном сопротивлении всего 2 Ом отличается оптическим пропусканием на уровне 90%. Если уменьшить плотность сети, то при поверхностном сопротивлении в 10 Ом получается проводник с 95% пропускания оптического излучения, а при 17 Ом – 97% пропускания. Таким образом, по своим характеристикам созданные электроды сопоставимы с современными устройствами на основе ITO, превосходя при этом многие другие прозрачные электроды из графена, углеродных нанотрубок или проводящих полимеров.
Как считают ученые, предложенная ими схема производства может легко масштабироваться на коммерческие объемы, делая, таким образом, электроды легкими не только в использовании, но и в производстве. Сейчас команда работает над улучшением оптического пропускания и электрической проводимости устройств.
Подробный отчет о проделанной ими работе опубликован в журнале Nature Nanotechnology.
Также по теме:
- Стеклянный электрод позволяет создать крошечный насос
- Графитовая пена позволит создавать более эффективные электроды для аккумуляторов
- Изобретен «электрический клей», облегчающий соединение электродов с полимерами
- Ученые исследовали, как ведет себя нанобатарея на практике
- Графеновые электроды позволили создать высокочастотный «суперконденсатор»
Источники: