Для создания нового проводящего листа группа исследователей из Университета RMIT использовала обычную тонкую пленку, применяемую в сенсорных экранах мобильных телефонов, и уменьшила ее размер с 3D до 2D с помощью химии жидких металлов. Нанотонкие листы легко совместимы с существующими электронными технологиями и, благодаря своей невероятной гибкости, могут быть изготовлены методом рулонной печати (R2R), подобно газетной бумаге. Исследование, проведенное совместно с коллегами из Университета Нового Южного Уэльса, Университета Монаша и Центра передового опыта ARC в области перспективных низкоэнергетических электронных технологий (FLEET), опубликовано в журнале Nature Electronics. Ведущий исследователь, доктор Торбен Даенеке, заявляет, что большинство сенсорных экранов мобильных телефонов изготовлены из прозрачного материала — оксида индия-олова, который обладает высокой проводимостью, но при этом очень хрупкий.
«Мы взяли старый материал и трансформировали его изнутри, создав новую версию, которая чрезвычайно тонкая и гибкая», — говорит Даенеке, научный сотрудник Австралийского исследовательского совета DECRA в RMIT. «Его можно сгибать, его можно складывать, и его можно производить гораздо дешевле и эффективнее, чем медленный и дорогостоящий способ изготовления сенсорных экранов, который мы используем сейчас. Скручивание в двух измерениях также делает его более прозрачным, поэтому он пропускает больше света. Это означает, что мобильный телефон с сенсорным экраном, изготовленным из нашего материала, будет потреблять меньше энергии, увеличивая время работы батареи примерно на 10 процентов».
Сделай сам: сенсорный экран, который можно изготовить дома
Существующий метод производства прозрачного тонкопленочного материала, используемого в стандартных сенсорных экранах, представляет собой медленный, энергоемкий и дорогостоящий процесс, выполняемый в вакуумной камере. «Преимущество нашего подхода в том, что он не требует дорогостоящего или специализированного оборудования; его можно осуществить даже на домашней кухне», — говорит Даенеке. «Мы показали, что можно создавать более дешевую электронику, пригодную для печати, используя ингредиенты, которые можно купить в хозяйственном магазине, печатая на пластике для создания сенсорных экранов будущего».
Толстое и тонкое: как превратить старый материал в новый
Для создания нового типа атомарно тонкого оксида индия-олова (ITO) исследователи использовали метод печати жидким металлом. Сплав индия-олова нагревают до 200 °C, где он переходит в жидкое состояние, а затем наносят на поверхность методом прокатки для печати нанотонких листов оксида индия-олова. Эти двумерные нанолисты имеют тот же химический состав, что и стандартный ITO, но другую кристаллическую структуру, что придает им новые механические и оптические свойства. Помимо полной гибкости, новый тип ITO поглощает всего 0,7% света по сравнению с 5-10% для стандартного проводящего стекла. Чтобы повысить его электропроводность, достаточно добавить больше слоев. «Это новаторский подход, который решает задачу, считавшуюся непреодолимой», — говорит Даенеке.
«Другого способа сделать этот материал полностью гибким, проводящим и прозрачным, кроме нашего нового метода с использованием жидкого металла, нет», — говорит он. «До сих пор это было невозможно; люди просто считали, что это невозможно».
Заявка на патент подана: вывод технологии на рынок
Исследовательская группа использовала новый материал для создания работающего сенсорного экрана в качестве подтверждения концепции и подала заявку на патент на эту технологию. Материал также может быть использован во многих других оптоэлектронных приложениях, таких как светодиоды и сенсорные экраны, а также, возможно, в будущих солнечных батареях и «умных» окнах. «Мы рады возможности изучить возможности коммерческого сотрудничества и работать с соответствующими отраслями, чтобы вывести эту технологию на рынок», — говорит Даенеке.
Исследователи выражают благодарность Центру микроскопии и микроанализа RMIT (RMMF), Центру микро- и наноисследований RMIT (MNRF), Национальному вычислительному центру, Суперкомпьютерному центру Пауси и Мельбурнскому центру нанофабрикации (MCN) при Викторианском узле Австралийского национального центра нанофабрикации (ANFF).
Статья "Сверхтонкий, высокогибкий печатный двухмерный ITO, полученный из жидкого металла", написанная в соавторстве с доктором Роби Даттой и доктором Ниту Сайед, опубликована в журнале Nature Electronics (DOI: 10.1038/s41928-019-0353-8).
