Une équipe de recherche coréenne a développé une électrode extensible et transparente à grande échelle pour l'affichage extensible. L'Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) a annoncé qu'une équipe de recherche a développé une technologie pour fabriquer une électrode de réseau de nanofils d'argent ondulée de grande surface qui est structurellement extensible avec un degré élevé de conductivité et de transparence. Crédit : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)
Une équipe de recherche coréenne a développé une électrode extensible et transparente à grande échelle à utiliser comme écran extensible. L'Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST) a annoncé qu'une équipe de recherche, dirigé par le Dr Sang-Soo Lee et le Dr Jeong Gon Son du Centre de recherche sur les hybrides photo-électroniques du KIST, a développé une technologie pour fabriquer une électrode de réseau de nanofils d'argent ondulée de grande surface (plus grande qu'un papier de format A4) qui est structurellement étirable avec un degré élevé de conductivité et de transparence.
Électrodes transparentes, par lequel circule l'électricité, sont essentiels pour les dispositifs d'affichage à base de cellules solaires et d'écrans tactiles. Une électrode transparente à base d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) est actuellement commercialisée pour utilisation. L'électrode transparente à base d'ITO est constituée d'une fine couche d'oxydes métalliques très peu extensibles et très fragiles. Ainsi, l'électrode ITO n'est pas bien adaptée aux appareils flexibles et portables, qui devraient rapidement devenir des produits grand public sur le marché des appareils électroniques. Par conséquent, il est nécessaire de développer une nouvelle électrode transparente dont l'extensibilité est l'une de ses principales caractéristiques.
Un nanofil d'argent mesure des dizaines de nanomètres de diamètre, et le nanomatériau lui-même est long et fin comme un bâton. La petite taille du nanofil permet de le plier lorsqu'une force externe est appliquée. Comme il est en argent, un nanofil d'argent a une excellente conductivité électrique et peut être utilisé dans un réseau aléatoire de nanofils droits pour fabriquer une électrode hautement transparente et flexible. Cependant, malgré le fait que le nanofil d'argent est pliable et flexible, il ne peut pas être utilisé comme matériau extensible.
L'équipe de recherche KIST a utilisé son processus nouvellement développé pour former un film de réseau de nanofils d'argent ondulé sur un substrat de la taille d'un papier A4 et a réussi à créer un écran extensible et transparent de la taille d'une main d'adulte.Images de microscopie électronique à balayage (SEM) de un réseau de nanofils Ag rectiligne sans précontrainte, un réseau de nanofils d'Ag avec une précontrainte de 50 % sans recuit au solvant avec une image SEM à fort grossissement de points de fissuration fortement repliés de brins de nanofils d'Ag. Images SEM de réseaux de nanofils d'Ag précontraints à 50 % sous recuit au solvant avec de l'eau. Crédit : Institut coréen des sciences et de la technologie (KIST)
D'autres équipes de recherche ont étudié des électrodes étirables en utilisant une méthode consistant à placer des nanofils d'argent sur des substrats élastiques pré-étirés et à détendre les substrats afin qu'ils retrouvent leur taille d'origine, tout en créant des structures de nanofils d'argent ondulées ou ridées avec un petit rayon de courbure. Cependant, cette méthode présente un problème majeur :les nanofils sont facilement rompus par les cycles répétés d'étirement-relaxation. Ce problème a généralement été abordé en augmentant le nombre de nanofils pour créer un réseau de nanofils à haute densité afin que suffisamment de liaisons électriques puissent encore être maintenues pour utiliser les électrodes élastiques, même si les nanofils sont partiellement cassés. Cependant, la création d'un réseau à haute densité diminue considérablement la transparence et rend très difficile la fabrication d'une électrode hautement transparente qui peut être étirée et transformée à la fois avec transparence et conductivité.
L'équipe de recherche KIST, dirigé par le Dr Sang-Soo Lee et le Dr Jeong Gon Son, a développé un nouveau procédé pour former un réseau de nanofils structurellement étirable en mettant les réseaux de nanofils en contact avec des solvants pour surmonter le problème de rupture et d'endommagement des nanofils lors de la relaxation du substrat pré-étiré. Lorsque les solvants sont déposés sur les réseaux de nanofils, ils deviennent humides, et il y a moins de résistance de friction entre les nanofils individuels. En particulier, chaque nanofil d'argent peut être travaillé dans l'eau et réarrangé en une structure de nanofil incurvée avec un grand rayon de courbure, de sorte qu'une structure capable de s'étirer de manière stable puisse être réalisée. Étant donné que les nanofils ne connaissent pas de conditions instables, il n'y a pas de fractures du réseau de nanofils ni de pelage de la couche de nanofils.
En fabriquant ainsi un réseau de nanofils d'argent, l'équipe de recherche a pu étirer le substrat et ses nanofils d'au moins 50 % de la longueur initiale, maintenant de manière stable la transparence et la conductivité pendant environ 5, 000 cycles d'étirement-détente. L'équipe a également découvert que ce type de matériau pouvait être produit à l'aide d'un processus peu coûteux et respectueux de l'environnement qui utilise de l'éthanol et de l'eau comme solvants.
(a-c) Image schématique et images photographiques d'un dispositif électroluminescent à courant alternatif (ACEL) étirable et transparent à motif de logo ZnS:Cu avec nos électrodes étirables et transparentes à base de nanofils Ag ondulés. (d-f) Image électroluminescente de dispositifs ZnS:Cu ACEL étirables et transparents sous diverses déformations mécaniques, comprenant (e) 40% d'étirement et (f) torsion et roulage. * polydiméthylsiloxane (PDMS) Crédit :Korea Institute of Science and Technology (KIST)
The KIST research team used its newly developed process to form a wavy silver nanowire network film on a substrate the size of an A4 paper and succeeded in creating a stretchable and transparent display the size of an adult's hand. This display maintained its constant luminescence efficiency despite the imposition of various mechanical deformations. Through testing, the team was able to prove the applicability of the new process to all displays that are transparent except for their electroluminescent layer.
Dr. Sang-Soo Lee at KIST said, "The stretchable and transparent electrodes made using wavy silver nanowire networks developed through this research have a high degree of electrical conductivity that is not changed by any deformation." KIST's Dr. Jeong Gon Son added, "Since the technology can be used for mass production, it is expected to have a great impact on markets related to wearable electronic devices, such as high-performance smart wear, and the medical equipment field."
