(Phys.org) —Les chercheurs ont créé un nouveau type d'électrode transparente qui pourrait trouver des utilisations dans les cellules solaires, affichages flexibles pour ordinateurs et électronique grand public et futurs circuits « optoélectroniques » pour capteurs et traitement de l'information.

L'électrode est constituée de nanofils d'argent recouverts d'un matériau appelé graphène, une couche extrêmement mince de carbone. Le matériau hybride est prometteur en tant que remplacement possible de l'oxyde d'indium et d'étain, ou ITO, utilisé dans les électrodes transparentes pour les moniteurs à écran tactile, écrans de téléphones portables et téléviseurs à écran plat. L'industrie cherche des alternatives à l'ITO en raison d'inconvénients :il est relativement coûteux en raison de l'abondance limitée d'indium, et il est inflexible et se dégrade avec le temps, devenant cassants et entravant les performances.

"Si vous essayez de plier ITO, il se fissure puis cesse de fonctionner correctement, " a déclaré Suprem Das, doctorant à l'Université Purdue.

Le matériau hybride pourrait représenter un pas vers des innovations, y compris les cellules solaires flexibles et les moniteurs couleur, des affichages "tête haute" flexibles dans les pare-brise des voitures et des affichages d'informations sur les lunettes et les visières.

« L'innovation clé est un matériau transparent, pourtant électriquement conducteur et flexible, " a déclaré David Janes, professeur de génie électrique et informatique.

Les résultats de la recherche ont été détaillés dans un article paru en ligne en avril dans la revue Matériaux fonctionnels avancés . Le document est disponible en ligne à l'adresse http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201300124/full. Il a été rédigé par Das; l'étudiant en visite Ruiyi Chen; les étudiants diplômés Changwook Jeong et Mohammad Ryyan Khan; Janes et Muhammad A. Alam, un professeur Purdue de génie électrique et informatique.

Le concept hybride a été proposé dans des publications antérieures par des chercheurs de Purdue, dont un article de 2011 dans la revue Lettres nano . Le concept représente une approche générale qui pourrait s'appliquer à de nombreux autres matériaux, dit Alam, qui a co-écrit le Lettres nano papier.

"C'est une belle illustration de la façon dont la théorie permet une nouvelle façon fondamentale de concevoir un matériau à l'échelle nanométrique et d'adapter ses propriétés, " il a dit.

De telles structures hybrides pourraient permettre aux chercheurs de surmonter le « goulet d'étranglement du transport d'électrons » des films extrêmement minces, appelés matériaux bidimensionnels.

La combinaison de graphène et de nanofils d'argent dans un matériau hybride permet de surmonter les inconvénients de chaque matériau individuellement :le graphène et les nanofils conduisent l'électricité avec trop de résistance pour être pratique pour des électrodes transparentes. Les feuilles de graphène sont constituées de segments individuels appelés grains, et la résistance augmente aux joints entre ces grains. Nanofils d'argent, d'autre part, ont une résistance élevée car ils sont orientés au hasard comme un fouillis de cure-dents orientés dans des directions différentes. Cette orientation aléatoire entraîne un mauvais contact entre les nanofils, résultant en une résistance élevée.

"Donc, ni l'un ni l'autre n'est bon pour conduire l'électricité, mais quand vous les combinez dans une structure hybride, elles sont, " dit Janes.

Le graphène est drapé sur les nanofils d'argent.

"C'est comme mettre une feuille de cellophane sur un bol de nouilles, " a déclaré Janes. " Le graphène s'enroule autour des nanofils d'argent et s'étire autour d'eux. "

Les résultats montrent que le matériau a une faible "résistance de feuille, " ou la résistance électrique dans des couches de matériau très minces, qui est mesuré en unités appelées "carrés". A 22 ohms par carré, c'est cinq fois mieux que ITO, qui a une résistance de feuille de 100 ohms par carré.

De plus, la structure hybride s'est avérée avoir peu de changement de résistance lorsqu'elle est pliée, alors que l'ITO montre des augmentations spectaculaires de la résistance lorsqu'il est plié.

« La généralité du concept théorique sous-jacent à cette démonstration expérimentale - à savoir le « dopage par percolation » - suggère qu'il est susceptible de s'appliquer à une large gamme d'autres matériaux nanocristallins 2D, dont le graphène, " dit Alam.

Une demande de brevet a été déposée par l'Office of Technology Commercialization de Purdue.