Les chercheurs ont utilisé une approche appelée lithographie colloïdale pour créer un nanomotif en argent qui conduit l'électricité tout en laissant passer la lumière à travers les trous. Les nouveaux films d'électrode transparents pourraient être utiles pour les cellules solaires ainsi que pour les écrans flexibles et les écrans tactiles. Crédit :Jes Linnet, Université du Danemark du Sud
Les chercheurs ont démontré la fabrication à grande échelle d'un nouveau type de film d'électrode conducteur transparent à base d'argent à nanomotifs. Les écrans tactiles des smartphones et les téléviseurs à écran plat utilisent des électrodes transparentes pour détecter le toucher et changer rapidement la couleur de chaque pixel. Parce que l'argent est moins cassant et plus résistant chimiquement que les matériaux actuellement utilisés pour fabriquer ces électrodes, les nouveaux films pourraient offrir une option haute performance et durable pour une utilisation avec des écrans flexibles et de l'électronique. Les films à base d'argent pourraient également permettre l'installation de cellules solaires flexibles sur des fenêtres, les toits et même les appareils personnels.
Dans la revue Matériaux optiques Express , les chercheurs rapportent la fabrication d'un film mince conducteur transparent sur des disques de verre de 10 centimètres de diamètre. Sur la base d'estimations théoriques très proches des mesures expérimentales, ils calculent que les électrodes à couche mince pourraient fonctionner nettement mieux que celles utilisées pour les écrans flexibles et les écrans tactiles existants.
"L'approche que nous avons utilisée pour la fabrication est hautement reproductible et crée une configuration chimiquement stable avec un compromis réglable entre la transparence et les propriétés conductrices, " a déclaré le premier auteur de l'article, Jes Linnet de l'Université du Danemark du Sud. "Cela signifie que si un appareil a besoin d'une transparence plus élevée mais d'une conductivité moindre, le film peut être fait pour s'adapter en changeant l'épaisseur du film."
Trouver une alternative flexible
La plupart des électrodes transparentes d'aujourd'hui sont en oxyde d'indium et d'étain (ITO), qui peut afficher jusqu'à 92 pour cent de transparence, comparable au verre. Bien que très transparent, Les films minces ITO doivent être traités avec soin pour obtenir des performances reproductibles et sont trop fragiles pour être utilisés avec des appareils électroniques ou des écrans flexibles. Les chercheurs cherchent des alternatives à l'ITO en raison de ces inconvénients.
Cette image de microscopie électronique à balayage montre un mince film d'argent déposé sur des nanoparticules de plastique. La dissolution des particules laisse un motif précis de trous en nid d'abeille qui laissent passer la lumière, produire un film électriquement conducteur et optiquement transparent. Crédit :Jes Linnet, Université du Danemark du Sud
Le caractère anticorrosif des métaux nobles comme l'or, l'argent et le platine en font des alternatives ITO prometteuses pour créer des électrodes chimiquement résistantes qui pourraient être utilisées avec des substrats flexibles. Cependant, jusqu'à maintenant, les films conducteurs transparents en métal noble ont souffert d'une rugosité de surface élevée, ce qui peut dégrader les performances car l'interface entre le film et les autres couches n'est pas plate. Des films conducteurs transparents peuvent également être réalisés à l'aide de nanotubes de carbone, mais ces films ne présentent actuellement pas une conductance suffisamment élevée pour toutes les applications et ont également tendance à souffrir d'une rugosité de surface due à l'empilement des nanotubes les uns sur les autres.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé une approche appelée lithographie colloïdale pour créer des films minces d'argent conducteurs transparents. Ils ont d'abord créé un calque de masquage, ou modèle, en revêtant une plaquette de 10 centimètres d'une seule couche de taille uniforme, nanoparticules de plastique compactées. Les chercheurs ont placé ces plaquettes revêtues dans un four à plasma pour réduire uniformément la taille de toutes les particules. Lorsqu'ils ont déposé une fine couche d'argent sur la couche de masquage, l'argent pénétrait dans les espaces entre les particules. Ils ont ensuite dissous les particules, laissant un motif précis de trous en nid d'abeille qui permettent à la lumière de passer à travers, produire un film électriquement conducteur et optiquement transparent.
Équilibrer transparence et conductivité
Les chercheurs ont démontré que leur méthode de fabrication à grande échelle peut être utilisée pour créer des électrodes transparentes en argent avec jusqu'à 80 % de transmittance tout en maintenant une résistance de feuille électrique inférieure à 10 ohms par carré, soit environ un dixième de ce qui a été rapporté pour les nanotubes de carbone. films avec une transparence équivalente. Plus la résistance électrique est faible, mieux les électrodes conduisent une charge électrique.
Les chercheurs ont utilisé la lithographie colloïdale pour créer un film mince transparent et conducteur. (a) Illustration schématique du processus de fabrication. (b) Un seul nanotrou après le dépôt de l'argent et la dissolution de la particule de plastique. Barre d'échelle :200 nm. (c) Micrographie à faible grossissement d'un film mince d'argent déposé sur une monocouche de particules homogènes, démontrant la faisabilité à grande échelle. Barre d'échelle :50 microns. (d) Monocouche de particules sur substrat après revêtement par centrifugation et un temps court (60 s) dans le four à plasma :Barre d'échelle :2 microns. (e) Monocouche de particules après un temps long (3 min) dans le four à plasma, démontrant que les positions originales des particules sont conservées même après une réduction significative de la taille. Barre d'échelle :10 microns. Crédit :Jes Linnet, Université du Danemark du Sud
"L'aspect le plus nouveau de notre travail est que nous avons pris en compte à la fois les propriétés de transmission et les propriétés de conductance de ce film mince à l'aide d'une analyse théorique bien corrélée avec les résultats mesurés, " a déclaré Linnet. " Les problèmes de fabrication rendent généralement difficile l'obtention des meilleures performances théoriques à partir d'un nouveau matériau. Nous avons décidé de rapporter ce que nous avons rencontré expérimentalement et de proposer des solutions afin que ces informations puissent être utilisées à l'avenir pour éviter ou minimiser les problèmes pouvant affecter les performances."
Les chercheurs affirment que leurs découvertes montrent que la lithographie colloïdale peut être utilisée pour fabriquer des films minces conducteurs transparents qui sont chimiquement stables et pourraient être utiles pour une variété d'applications.
