Les électrodes transparentes sont un composant essentiel des cellules solaires et des écrans électroniques. Pour collecter de l'électricité dans une cellule solaire ou injecter de l'électricité pour un affichage, vous avez besoin d'un contact conducteur, comme un métal, mais il faut aussi pouvoir laisser entrer la lumière (pour les cellules solaires) ou sortir (pour les écrans).

Le métal est opaque, les techniques actuelles utilisent donc des oxydes métalliques, le plus souvent de l'oxyde d'indium et d'étain - un métal de terre rare presque critique - comme contact conducteur. Parce que les approvisionnements de ce métal de terre rare sont limités, Les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) se sont tournés vers des mailles de nanofils métalliques ordonnées qui offrent une transmissivité élevée (en raison des petits diamètres des nanofils), connectivité électrique élevée (en raison des nombreux points de contact dans le maillage) et utilisent des éléments plus communs. La recherche paraît dans la revue Matière molle .

Les réseaux de nanofils ont également des applications pour les métamatériaux optiques - des matériaux composites généralement constitués de métaux et de diélectriques - qui ont des propriétés optiques uniques que l'on ne trouve pas dans la nature. Par exemple, tous les matériaux naturels ont un indice de réfraction positif. Mais les métamatériaux peuvent être conçus pour avoir un indice de réfraction négatif, ce qui signifie que la lumière passant à travers ce matériau irait dans la direction opposée à ce que l'on verrait normalement, et peut créer des structures telles que des dispositifs de dissimulation et des lentilles parfaites.

Parce que la structure des métamatériaux optiques doit être plus petite que la longueur d'onde à laquelle ils fonctionnent, la fabrication de métamatériaux optiques fonctionnant à des longueurs d'onde visibles nécessite des caractéristiques de l'ordre de 100 nanomètres ou moins.

« Nous avons démontré une méthode évolutive pour créer des réseaux et des maillages de nanofils métalliques sur des zones d'un centimètre carré avec des dimensions et des géométries réglables inférieures à 100 nm, " a déclaré Anna Hiszpanski, scientifique des matériaux du LLNL, chercheur principal du projet. "Nous avons pu atteindre des dimensions comparables ou plus petites que ce que les techniques traditionnelles de nanofab peuvent produire et le faire sur une zone significativement plus grande pertinente pour les applications du monde réel."

Pour les applications d'électrodes transparentes, avoir de si petits maillages de nanofils métalliques est important car leur petit diamètre nanométrique permet à plus de lumière de passer à travers tandis que la nature ordonnée des réseaux/mailles augmente le nombre de contacts électriques entre les nanofils, augmentation de la conductivité.

"Commander des nanofils pour augmenter le nombre d'interconnexions électriques entre les fils est hautement souhaitable mais difficile à faire, " a déclaré Hiszpanski. " En s'appuyant sur le comportement d'auto-assemblage des copolymères séquencés que d'autres groupes ont démontré, nous avons relevé ce défi et créé des maillages ordonnés de nanofils métalliques. L'approche ascendante très simple que nous avons utilisée pour fabriquer ces maillages de nanofils ordonnés est intrinsèquement évolutive aux zones pertinentes pour l'appareil."

Une zone de taille d'échantillon commune utilisant ces techniques traditionnelles de nanofabrication pour les métamatériaux est de 100 microns (au carré), mais l'équipe a été en mesure de créer des nanomotifs avec des zones de plus d'un centimètre (carré), des zones de plus de six ordres de grandeur plus grandes.

"Pour commencer à utiliser ces métamatériaux au-delà du laboratoire et dans des applications, la fabrication sur de plus grandes surfaces est une nécessité, " a déclaré Yong Han, scientifique des matériaux du LLNL, un co-auteur de l'article.

L'étape suivante consiste à augmenter la conductivité du maillage de nanofils métalliques.