研究人員已經(jīng)證明了基于納米圖案化銀的大規(guī)模制造新型透明導(dǎo)電電極薄膜。智能手機(jī)觸摸屏和平板電視使用透明電極來(lái)檢測(cè)觸摸并快速切換每個(gè)像素的顏色。由于銀比目前用于制造這些電極的材料更不易碎并且更耐化學(xué)腐蝕，因此新型薄膜可以提供高性能和持久的選擇，可用于柔性屏幕和電子設(shè)備。銀基薄膜還可以使柔性太陽(yáng)能電池安裝在窗戶，屋頂甚至個(gè)人設(shè)備上。

研究人員在“ 光學(xué)材料快車 ”雜志上報(bào)道了在直徑10厘米的玻璃圓盤上制作透明導(dǎo)電薄膜?；谂c實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果密切匹配的理論估計(jì)，他們計(jì)算出薄膜電極的性能明顯優(yōu)于現(xiàn)有柔性顯示器和觸摸屏。

“我們用于制造的方法是高度可重復(fù)的，并且產(chǎn)生化學(xué)穩(wěn)定的配置，在透明度和導(dǎo)電性能之間進(jìn)行可調(diào)節(jié)的折衷，”該論文的第一作者，南丹麥大學(xué)的Jes Linnet說。“這意味著如果設(shè)備需要更高的透明度但導(dǎo)電性更低，可以通過改變薄膜的厚度來(lái)制作薄膜。”

尋找靈活的替代方案

今天的大多數(shù)透明電極都是由氧化銦錫(ITO)制成，透明度可達(dá)到92%，與玻璃相當(dāng)。雖然高度透明，但I(xiàn)TO薄膜必須經(jīng)過精心加工才能獲得可重復(fù)的性能，并且太脆而不能與柔性電子元件或顯示器一起使用。由于這些缺點(diǎn)，研究人員正在尋找ITO的替代品。

貴金屬(如金，銀和鉑)的抗腐蝕性使其成為有前景的ITO替代品，可用于制造可與柔性基材一起使用的耐久耐化學(xué)腐蝕電極。然而，迄今為止，貴金屬透明導(dǎo)電膜遭受高表面粗糙度，這會(huì)降低性能，因?yàn)槟づc其它層之間的界面不平坦。透明導(dǎo)電膜也可以使用碳納米管制造，但是這些膜目前對(duì)于所有應(yīng)用都不具有足夠高的導(dǎo)電性，并且由于納米管彼此堆疊而傾向于也遭受表面粗糙。

在這項(xiàng)新研究中，研究人員使用一種稱為膠體光刻的方法來(lái)制作透明的導(dǎo)電銀薄膜。他們首先通過在10厘米的晶圓上涂上單層均勻尺寸的密堆積塑料納米顆粒來(lái)制作掩模層或模板。研究人員將這些涂覆的晶圓放入等離子烘箱中，以均勻地縮小所有顆粒的尺寸。當(dāng)它們?cè)谘谀由铣练e銀薄膜時(shí)，銀進(jìn)入顆粒之間的空間。然后，它們?nèi)芙忸w粒，留下精確的蜂窩狀孔圖案，允許光線通過，從而產(chǎn)生導(dǎo)電且光學(xué)透明的薄膜。

平衡透明度和導(dǎo)電性

研究人員證明，他們的大規(guī)模制造方法可用于制造透明率高達(dá)80%的銀透明電極，同時(shí)保持電阻率低于每平方10歐姆 - 約為碳納米管報(bào)告的十分之一 - 具有相同透明度的基礎(chǔ)電影。電阻越低，電極導(dǎo)電時(shí)越好。

“我們工作中最新穎的方面是我們使用與測(cè)量結(jié)果相關(guān)的理論分析來(lái)解釋這種薄膜的透射性質(zhì)和電導(dǎo)性質(zhì)，”Linnet說。“制造問題通常使得很難從新材料中獲得最佳理論性能。我們決定報(bào)告我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的情況并假設(shè)補(bǔ)救措施，以便將來(lái)可以使用這些信息來(lái)避免或最小化可能影響性能的問題。”

研究人員表示，他們的研究結(jié)果表明，膠體光刻技術(shù)可用于制造化學(xué)穩(wěn)定的透明導(dǎo)電薄膜，可用于各種應(yīng)用。