透明導電膜也可以是二維的?

2020-12-05 騰訊網

澳大利亞研究人員已經製造出了第一批高度透明，具有觸覺響應性和導電性的超柔性銦錫氧化物（ITO）薄膜。ITO片採用新型液態金屬印刷技術製成，厚度僅為1.5 nm，可以沉積在各種基材上，然後可以像管一樣捲起來。它們可能被用來製造未來的觸控螢幕，並且可以像報紙一樣通過卷對卷（R2R）處理來製造。

ITO是一種透明的半導體，可用於觸控螢幕，智能窗戶和顯示器等應用。製備ITO的常規方法包括在高真空下蒸發材料，然後使用濺射或脈衝雷射沉積將其冷凝到玻璃板等表面上。這些技術既昂貴又費時。此外，需要沉積相對較厚的ITO層以獲得完全導電的膜，這使其易碎，因此不適用於柔性電子應用。

液態ITO合金

可以像報紙一樣印刷和鋪展的超薄，超柔韌電子材料。

Via RMIT University

新方法是由墨爾本皇家墨爾本理工大學的Torben Daeneke和雪梨新南威爾斯大學的Dorna Esrafilzadeh和Kourosh Kalantar-Zadeh領導的團隊開發的。該技術使用液態ITO合金，合金的熔點在150°C至200°C之間。研究人員讓這種熔化的合金在空氣中氧化和冷卻，並對其成分進行調整，以使天然表面氧化物的成分與市售ITO相同。

他們發現這種ITO合金的氧化過程是自限性的，這意味著氧化物始終具有相同的厚度——約為1.5 nm。如果隨後使這種液態金屬的表面與玻璃或塑料基板接觸，則納米級的2D ITO薄板會粘附到基板上。

該團隊還發現，當他們印刷兩層ITO時，這兩層ITO之間存在範德華間隙，這表明他們已經製作了新型的ITO。薄膜可以像薄紙一樣互相疊放，層數越多，材料的導電性就越高。Kalantar-Zadeh解釋說：「你可以將數百張這些'紙'彎曲在一起，而且它們不會斷裂。」

更加透明

兩端子電阻測試設備的示意圖，插圖顯示了ITO /聚合物界面。

(Datta, et al., 2020)

Daeneke補充說，液態金屬印刷ITO比傳統ITO透明得多，同時仍具有高導電性（薄層電阻僅為5.4kΩ）。實際上，單層2D ITO僅吸收約0.7％的可見光。這大約比單層石墨烯（另一層由碳原子製成的高度透明的2D材料）少8-10倍，並且比標準導電玻璃少5-10％。而且由於2D ITO極薄，其機械性能會發生變化，從而使其具有很高的柔性。Kalantar-Zadeh和Daeneke說，這將允許創建新一代的柔性，透明和印刷電子產品。

他們補充說，製造過程非常容易。這種二維ITO可以在低溫和空氣中印刷，不僅使其比傳統方法便宜，而且解決了需要真空的技術所規定的尺寸限制。

功能齊全的觸控螢幕

所開發設備的照片和示意圖。

(Datta, et al., 2020)

研究人員表明，他們的技術可以生產釐米級大小的樣本，這些樣本的質量足以製造出功能齊全的觸控螢幕。他們還為其技術申請了專利。

研究團隊向《物理世界》表示：「我們的技術可能會改變製造透明電子產品的方式。」 「將來，我們可以像列印報紙一樣簡單地列印顯示器和觸控螢幕。而且由於2D ITO具有高度的靈活性，我們還可以創建可以捲起或摺疊的新一代顯示器。」

研究人員報告了他們在自然電子領域的工作，並說他們正在努力升級其工藝。Kalantar-Zadeh和Daeneke說：「我們希望自動化將使我們能夠生產比迄今為止生產的釐米級2D ITO薄片更大的樣品。」 「為此，我們現在正在尋找商業夥伴，以幫助我們邁向米級生產。」

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