Un matériau hybride qui combine une fine maille d'aluminium avec une couche de graphène d'une épaisseur d'un seul atome surpasse les matériaux communs aux écrans tactiles et aux cellules solaires actuels. Le transparent, des électrodes flexibles ont été développées dans le laboratoire du chimiste James Tour de l'Université Rice. (Crédit :Yu Zhu/Université du riz)
Souple, l'électronique transparente est plus proche de la réalité avec la création d'électrodes à base de graphène à l'Université Rice.
Le laboratoire du chimiste Rice James Tour lab a créé des films minces qui pourraient révolutionner les écrans tactiles, panneaux solaires et éclairage LED. La recherche a été rapportée dans l'édition en ligne de ACS Nano .
Souple, les écrans vidéo transparents sont peut-être la "killer app" qui met enfin le graphène - la forme de carbone à un seul atome d'épaisseur très vantée - sous les projecteurs commerciaux une fois pour toutes, Tour dit. Combiné avec d'autres flexibles, composants électroniques transparents en cours de développement à Rice et ailleurs, la percée pourrait conduire à des ordinateurs qui s'enroulent autour du poignet et des cellules solaires qui s'enroulent autour de n'importe quoi.
Le film de graphène hybride du laboratoire est un bon candidat pour remplacer l'oxyde d'indium et d'étain (ITO), un produit commercial largement utilisé comme transparent, revêtement conducteur. C'est l'élément essentiel de pratiquement tous les écrans plats, y compris les écrans tactiles sur les téléphones intelligents et les iPads, et fait partie des diodes électroluminescentes organiques (OLED) et des cellules solaires.
ITO fonctionne bien dans toutes ces applications, mais présente plusieurs inconvénients. L'élément indium est de plus en plus rare et cher. C'est aussi cassant, ce qui augmente le risque de fissuration de l'écran en cas de chute d'un smartphone et exclut en outre ITO comme base pour des affichages flexibles.
Le film mince du Tour Lab combine une feuille monocouche de graphène hautement conducteur avec une fine grille de nanofils métalliques. Les chercheurs affirment que le matériau surpasse facilement l'ITO et d'autres matériaux concurrents, avec une meilleure transparence et une moindre résistance au courant électrique.
"Beaucoup de gens travaillent sur les remplacements d'ITO, notamment en ce qui concerne les substrats souples, " dit Tour, T.T. et W.F. de Rice Chaire Chao en chimie ainsi que professeur de génie mécanique et science des matériaux et d'informatique. "D'autres laboratoires ont envisagé d'utiliser du graphène pur. Cela pourrait fonctionner théoriquement, mais quand tu le mets sur un substrat, il n'a pas une conductivité suffisamment élevée pour une transparence suffisamment élevée. Il faut l'aider d'une manière ou d'une autre."
Inversement, a déclaré le chercheur postdoctoral Yu Zhu, auteur principal du nouveau document, les mailles métalliques fines montrent une bonne conductivité, mais les lacunes dans les nanofils pour les garder transparents les rendent inadaptés en tant que composants autonomes dans les électrodes conductrices.
Mais la combinaison des matériaux fonctionne à merveille, dit Zhu. La grille métallique renforce le graphène, et le graphène remplit tous les espaces vides entre la grille. Les chercheurs ont découvert une grille de nanofils de cinq microns faits de matériaux peu coûteux, l'aluminium léger n'a pas nui à la transparence du matériau.
"Les lignes de quadrillage de cinq microns sont environ un dixième de la taille d'un cheveu humain, et un cheveu humain est difficile à voir, ", a déclaré la tournée.
Tour ces grilles métalliques pourraient être facilement réalisées sur un substrat souple par des techniques classiques, y compris l'impression rouleau à rouleau et jet d'encre. Les techniques de fabrication de grandes feuilles de graphène s'améliorent également rapidement, il a dit; les laboratoires commerciaux ont déjà développé une technique de production de graphène roll-to-roll.
"Ce matériau est prêt à être mis à l'échelle dès maintenant, " il a dit.
La flexibilité est presque un bonus, Zhu a dit, en raison des économies potentielles liées à l'utilisation de carbone et d'aluminium au lieu d'ITO coûteux. "À l'heure actuelle, ITO est la seule électrode commerciale que nous ayons, mais c'est cassant, " a-t-il dit. " Notre électrode transparente a une meilleure conductivité que l'ITO et elle est flexible. Je pense que l'électronique flexible en bénéficiera beaucoup."
Dans les essais, il a constaté que la conductivité du film hybride diminue de 20 à 30 pour cent avec les 50 premiers coudes, mais après ça, le matériau se stabilise. "Il n'y a pas eu de variations significatives jusqu'à 500 cycles de pliage, " a déclaré Zhu. Des tests de flexion plus rigoureux seront laissés aux utilisateurs commerciaux, il a dit.
"Je ne sais pas combien de fois une personne enroulerait un ordinateur, " Visite ajoutée. " Peut-être 1, 000 fois ? Dix mille fois ? Il est difficile de voir comment il s'userait pendant la durée de vie où vous garderiez normalement un appareil."
Le film s'est également avéré écologiquement stable. Lorsque le document de recherche a été soumis à la fin de 2010, les films d'essai ont été exposés à l'environnement en laboratoire pendant six mois sans détérioration. Après un an, ils le restent.
"Maintenant que nous savons qu'il fonctionne bien sur des substrats flexibles, cela porte l'efficacité du graphène à son utilité potentielle, ", a déclaré la tournée.
