Films barrières, utilisé dans tout, des emballages d'aliments et de médicaments à l'électronique grand public et aux cellules solaires, aider à empêcher votre nourriture de se gâter, aider à conserver les médicaments, et protégez vos appareils électroniques des dommages dus à l'exposition à l'air ou aux projections d'eau. Aujourd'hui, un groupe de chercheurs en Géorgie a développé une nouvelle façon de produire de meilleurs films en utilisant le dépôt par couche atomique.
Ce ne sont pas les films de plastique fragiles qui peuvent sceller un emballage de biscuits. Les films barrière haut de gamme qui protègent l'écran à diodes électroluminescentes organiques (OLED) de haute technologie de votre téléphone de chaque bouffée d'oxygène ou de molécule de vapeur d'eau nécessitent des matériaux transparents plus performants tels que les oxydes métalliques.
Les méthodes existantes de fabrication de ces barrières hautes performances ne sont pas parfaites. En raison de la façon dont ils sont fabriqués, ils ont souvent de petits défauts, résultant en de minuscules trous qui laissent entrer de l'eau ou de l'oxygène. C'est pourquoi Samuel Graham et ses collègues du Georgia Institute of Technology ont exploré comment utiliser le dépôt par couche atomique pour produire de meilleurs films barrière. Au 60ème Symposium et Exposition International AVS, tenue à Long Beach, Californie du 27 octobre au 1er novembre Graham discutera de certains des derniers développements dans cet effort.
Graham et ses collègues ont créé de nouveaux films barrière qui peuvent protéger l'électronique dans des environnements très difficiles - lorsqu'ils sont immergés dans l'eau salée pendant des mois, par exemple.
« En créant de tels films barrières, nous sommes en mesure de prolonger la durée de vie et la fiabilité des appareils électroniques, " a déclaré Graham. Les nouveaux revêtements peuvent être utilisés pour l'électronique tels que les dispositifs biomédicaux implantables, diodes électroluminescentes (DEL) utilisées dans l'éclairage et les affichages à semi-conducteurs, cellules solaires, et vitres électrochromes organiques, qui passent d'opaque à transparent lorsqu'une tension est appliquée. Les films barrières joueront un rôle important dans le développement de nombreux futurs appareils électroniques fabriqués avec des matériaux organiques, ajouta Graham.
Comment fonctionne le dépôt de couche atomique
Les films barrières hautes performances sont généralement fabriqués avec des techniques telles que le dépôt par pulvérisation cathodique ou le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Dans ces méthodes, le matériau est soit "pulvérisé" sur un substrat, soit cultivé à partir d'un plasma, créant une fine couche qui devient le film. Bien qu'efficace et courant dans l'industrie, ces techniques entraînent souvent des défauts, nécessitant plusieurs revêtements pour créer de bons films barrière.
Avec dépôt de couche atomique, les chercheurs ont un contrôle précis jusqu'au niveau moléculaire, leur permettant de faire mince, même les films qui ont des défauts minimes. Dans ce processus, les chercheurs entourent un substrat d'un gaz contenant un atome de métal particulier comme l'aluminium. Les molécules du gaz se fixent sur le substrat, formant une seule couche d'atomes. Prochain, l'excès de gaz est retiré de la chambre et un autre gaz est introduit qui oxyde ensuite le métal, créant un oxyde métallique imperméable à l'air ou à l'eau. Le processus est répété pour atteindre l'épaisseur désirée, qui n'est que d'environ 10 nanomètres. En revanche, les films fabriqués avec des techniques plus conventionnelles sont des dizaines à des centaines de fois plus épais.
Les entreprises développent et vendent déjà une technologie de dépôt par couche atomique, dit Graham. Mais pour une utilisation commerciale à grande échelle, il reste encore du travail à faire pour améliorer la technologie, à quelle vitesse les matériaux sont déposés, et la stabilité chimique et la fiabilité mécanique des films.
