Dans un écran tactile ou un panneau solaire, toute superposition conductrice a intérêt à être claire. Les ingénieurs utilisent des films minces transparents d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) pour le travail, mais les propriétés d'un matériau de haute technologie ne sont que la moitié de son résumé. Ils doivent également être aussi bon marché et faciles à fabriquer que possible. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université Brown et d'ATMI Inc. rapportent les meilleures performances de transparence et de conductivité jamais obtenues pour un ITO fabriqué à l'aide d'une solution chimique, qui est potentiellement le facile, les fabricants de méthode à faible coût veulent.

« Notre technologie est déjà au niveau de performance pour une application dans les écrans tactiles résistifs, " dit Jonghun Lee, un étudiant diplômé en chimie de Brown et auteur principal de l'article publié en ligne le 1er août par le Journal de l'American Chemical Society .

Le groupe a fabriqué des films ITO conducteurs de 146 milliardièmes de mètre d'épaisseur qui laissent passer 93 % de la lumière, une transparence comparable aux plaques de verre sur lesquelles elles ont été déposées. L'équipe a également réalisé ses films sur du polyimide pliable, montrant qu'il pourrait potentiellement être utile pour faire des technologies d'affichage flexibles.

Dans plusieurs expériences, ils ont montré qu'en variant l'épaisseur et la teneur en étain (entre 5 et 10 pour cent était le meilleur), ils pouvaient varier la transparence et la résistance pour trouver la meilleure combinaison.

"En contrôlant la concentration de la solution de nanocristal, nous pourrions contrôler l'épaisseur du film de 30 nanomètres à 140 nanomètres, " dit Lee.

La solution

Pour faire des films, l'équipe a synthétisé des cristaux d'ITO à l'échelle nanométrique dans une solution. Ensuite, ils en ont fait un film plat et lisse en faisant goutter la solution sur une plaque de verre suivie d'un filage rapide, un processus appelé spin casting. De là, ils ont cuit, ou recuit, les plaques revêtues pendant plusieurs heures (la meilleure durée s'est avérée être de six heures) puis testé leur transparence et leur conductivité.

Le moulage par rotation est simple au fur et à mesure des processus de fabrication de haute technologie, mais trouver la chimie qui permet au moulage par centrifugation de produire un film mince d'ITO haute performance s'est avéré insaisissable. Une réalisation clé décrite dans le nouveau document, était en premier lieu de trouver les matériaux nécessaires à la fabrication des cristaux d'ITO à l'échelle nanométrique, dit Shouheng Sun, professeur de chimie à Brown et auteur correspondant de l'étude.

Les meilleurs produits chimiques se sont avérés être l'acétylacétonate d'indium et le dichlorure de bis(acétylacétonate) d'étain. Ils ont synthétisé des nanocristaux d'ITO qui avaient une gamme étroite de tailles, environ 11 milliardièmes de mètre de diamètre. Cette consistance signifiait que lorsque les cristaux se sont arrangés dans les films minces, ils ne se sont pas non plus regroupés en touffes, ni restés trop éloignés l'un de l'autre. Le résultat était un réseau dense mais uniformément réparti de cristaux, qui favorise la conductivité.

"Si la particule s'agglutine, alors vous ne pouvez pas obtenir un assemblage uniforme et vous ne pouvez pas obtenir une bonne conductivité, " dit Soleil.

Cette découverte était essentielle pour atteindre les performances de haut niveau décrites dans le document, mais l'équipe sait qu'elle doit encore s'appuyer sur ces progrès - par exemple, pour correspondre aux performances de conductivité des films fabriqués par un processus appelé pulvérisation cathodique.

« La prochaine étape consiste à améliorer la conductivité à une ampleur proportionnelle à l'ITO pulvérisé tout en réalisant les avantages réduits en termes de coûts et d'efficacité des processus attendus d'une méthode de dépôt d'ITO basée sur une solution, " a déclaré Mélissa Petruska, scientifique principal à ATMI et co-auteur de l'article.

Dans de nouvelles expériences, donc, l'équipe prévoit de réduire davantage la résistance électrique, réduire le temps de recuit des films, et de tracer de fins motifs de leurs films, plutôt que des feuilles continues, en utilisant l'impression jet d'encre ou rouleau à rouleau.