Los investigadores utilizaron un método llamado litografía coloidal para crear un nanopatrón de plata que conduce la electricidad mientras deja pasar la luz a través de los agujeros. Las nuevas películas de electrodos transparentes podrían ser útiles para células solares, así como para pantallas flexibles y pantallas táctiles. Crédito:Jes Linnet, Universidad del Sur de Dinamarca
Los investigadores han demostrado la fabricación a gran escala de un nuevo tipo de película de electrodo conductora transparente basada en plata nanopatterned. Las pantallas táctiles de los teléfonos inteligentes y los televisores de pantalla plana utilizan electrodos transparentes para detectar el tacto y cambiar rápidamente el color de cada píxel. Debido a que la plata es menos quebradiza y más resistente a los productos químicos que los materiales que se utilizan actualmente para fabricar estos electrodos, las nuevas películas podrían ofrecer una opción duradera y de alto rendimiento para su uso con pantallas y dispositivos electrónicos flexibles. Las películas a base de plata también podrían permitir la instalación de células solares flexibles en ventanas, techos e incluso dispositivos personales.
En el diario Materiales ópticos Express , los investigadores informan de la fabricación de una película delgada conductora transparente sobre discos de vidrio de 10 centímetros de diámetro. Basado en estimaciones teóricas que coincidían estrechamente con mediciones experimentales, calculan que los electrodos de película delgada podrían funcionar significativamente mejor que los que se utilizan para las pantallas táctiles y flexibles existentes.
"El enfoque que usamos para la fabricación es altamente reproducible y crea una configuración químicamente estable con un equilibrio ajustable entre transparencia y propiedades conductoras, "dijo el primer autor del artículo, Jes Linnet de la Universidad del Sur de Dinamarca. "Esto significa que si un dispositivo necesita mayor transparencia pero menos conductividad, la película puede adaptarse cambiando el grosor de la película ".
Encontrar una alternativa flexible
La mayoría de los electrodos transparentes actuales están hechos de óxido de indio y estaño (ITO), que puede exhibir hasta un 92 por ciento de transparencia, comparable al vidrio. Aunque muy transparente, Las películas delgadas de ITO deben procesarse con cuidado para lograr un rendimiento reproducible y son demasiado frágiles para usar con dispositivos electrónicos o pantallas flexibles. Los investigadores están buscando alternativas a la ITO debido a estos inconvenientes.
Esta imagen de microscopía electrónica de barrido muestra una fina película de plata depositada sobre nanopartículas de plástico. La disolución de las partículas deja un patrón preciso de orificios en forma de panal que permiten el paso de la luz, produciendo una película eléctricamente conductora y ópticamente transparente. Crédito:Jes Linnet, Universidad del Sur de Dinamarca
La naturaleza anticorrosiva de los metales nobles como el oro, la plata y el platino los convierte en alternativas de ITO prometedoras para crear Electrodos químicamente resistentes que podrían usarse con sustratos flexibles. Sin embargo, hasta ahora, Las películas conductoras transparentes de metales nobles han sufrido una gran rugosidad superficial, lo que puede degradar el rendimiento porque la interfaz entre la película y otras capas no es plana. También se pueden fabricar películas conductoras transparentes utilizando nanotubos de carbono, pero estas películas no exhiben actualmente una conductancia lo suficientemente alta para todas las aplicaciones y tienden a sufrir también de rugosidad superficial debido a que los nanotubos se apilan unos encima de otros.
En el nuevo estudio, los investigadores utilizaron un método llamado litografía coloidal para crear películas delgadas de plata conductora transparente. Primero crearon una capa de enmascaramiento, o plantilla, recubriendo una oblea de 10 centímetros con una sola capa de tamaño uniforme, nanopartículas de plástico compactas. Los investigadores colocaron estas obleas recubiertas en un horno de plasma para reducir el tamaño de todas las partículas de manera uniforme. Cuando depositaron una fina película de plata sobre la capa de enmascaramiento, la plata entró en los espacios entre las partículas. Luego disolvieron las partículas, dejando un patrón preciso de agujeros en forma de panal que permiten el paso de la luz, produciendo una película eléctricamente conductora y ópticamente transparente.
Equilibrio entre transparencia y conductividad
Los investigadores demostraron que su método de fabricación a gran escala se puede usar para crear electrodos transparentes de plata con hasta un 80 por ciento de transmitancia mientras se mantiene la resistencia eléctrica de la lámina por debajo de 10 ohmios por cuadrado, aproximadamente una décima parte de lo que se ha informado para los nanotubos de carbono. películas con la transparencia equivalente. Cuanto menor sea la resistencia eléctrica, cuanto mejores sean los electrodos para conducir una carga eléctrica.
Los investigadores utilizaron la litografía coloidal para crear una película delgada que era transparente y conductora. (a) Ilustración esquemática del proceso de fabricación. (b) Un solo nanoagujero después de que se depositó la plata, se depositó y se disolvió la partícula de plástico. Barra de escala:200 nm. (c) Micrografía de bajo aumento de película delgada de plata depositada sobre una monocapa de partículas homogéneas, demostrando viabilidad a gran escala. Barra de escala:50 micrones. (d) Monocapa de partículas sobre sustrato después del recubrimiento por rotación y un tiempo corto (60 s) en el horno de plasma:Barra de escala:2 micrones. (e) Monocapa de partículas después de un largo tiempo (3 min) en el horno de plasma, demostrando que las posiciones originales de las partículas se conservan incluso después de una reducción significativa del tamaño. Barra de escala:10 micrones. Crédito:Jes Linnet, Universidad del Sur de Dinamarca
"El aspecto más novedoso de nuestro trabajo es que contabilizamos tanto las propiedades de transmisión como las propiedades de conductancia de esta película delgada mediante un análisis teórico que se correlacionó bien con los resultados medidos, ", dijo Linnet." Los problemas de fabricación normalmente dificultan obtener el mejor rendimiento teórico de un nuevo material. Decidimos informar lo que encontramos experimentalmente y postular soluciones para que esta información pudiera usarse en el futuro para evitar o minimizar problemas que puedan afectar el rendimiento ".
Los investigadores dicen que sus hallazgos muestran que la litografía coloidal se puede utilizar para fabricar películas delgadas conductoras transparentes que son químicamente estables y podrían ser útiles para una variedad de aplicaciones.
