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银基透明导电薄膜有望用于开发柔性屏幕
2018-06-13


[据固态电子技术网站201867日报道]  南丹麦大学研究人员开发出了基于纳米图案化银的新型透明导电电极膜的大规模制造方法。智能手机触摸屏和平板电视使用透明电极来检测触摸并快速切换每个像素的颜色。由于银比现在用于制造这些电极的材料更脆,更耐化学腐蚀,所以新型薄膜用于柔性屏幕和电子设备可以实现高性能和长寿命。银基薄膜还可以使柔性太阳能电池安装在窗户、屋顶甚至个人设备上。



据发表在《光学材料快报》杂志上的文章所述,研究人员在直径10厘米的玻璃圆片上制作透明导电薄膜。实验测量结果与理论估算相吻合,因此研究人员通过计算得出,该薄膜电极的性能明显优于现有柔性显示器和触摸屏。



“我们采用的制造方法具有高度的可重复性,并且在透明性和导电性之间进行可调节的折衷,从而形成化学稳定的结构。”该论文的第一作者,南丹麦大学的Jes
Linnet
说。“这意味着如果器件需要更高的透明度而导电率更低,则可以通过改变薄膜厚度来实现。”



找到一个柔性电极材料的替代者



今天的大多数透明电极都是由氧化铟锡(ITO)制成的,它可以实现高达92%的透明度 ——与玻璃相当。ITO薄膜虽然度透明高,但必须仔细加工方可达到性能的可重复性,并且太脆而不能用于柔性电子设备或显示器。由于这些缺点,研究人员正在寻求ITO的替代品。



贵金属(如金,银和铂)的抗腐蚀性使其成为有希望的ITO替代品,可用于制造可与柔性基材一起使用的耐用耐化学电极。然而,迄今为止,贵金属透明导电膜表面粗糙度高,这会引起膜与其他层之间的界面不平坦而降低性能。透明导电膜也可以使用碳纳米管制成,但是这些膜目前对于所有应用来说,没有足够高的电导率,并且由于纳米管彼此堆叠而使薄膜表面粗糙度受影响。



在这项新研究中,研究人员使用了一种称为胶体光刻的方法来制造透明导电银薄膜。他们首先使用大小均匀、密堆积的单层塑料纳米颗粒涂布10厘米的晶片来创建掩模层或模板。研究人员将这些涂层晶圆放入等离子烘箱中,使所有颗粒的大小均匀收缩。当他们在掩模层上沉积银薄膜时,银进入塑料颗粒之间的空间。然后他们溶解颗粒,留下精确的蜂窝状孔洞图案,可允许光线通过,从而产生导电且光学透明的薄膜。



平衡透明度和导电性



研究人员证明,他们的大规模制造方法可用于制造透明度高达80%的银透明电极,同时保持电阻片电阻低于每平方10欧姆,约为同等透明度的碳纳米管基薄膜的十分之一。电阻越低,电极在传导电荷时就越好。



Linnet说:“我们工作最新颖的一点是,我们利用与测量结果相关度很好的理论分析来说明了这种薄膜的透射特性和电导特性。制造工艺问题通常很难从新材料中获得最佳的理论性能。我们决定报告我们实验中遇到的情况并假设补救措施,以便将来可以使用这些信息来避免或减少可能影响性能的问题。”



研究人员表示,他们的研究结果表明,胶体光刻技术可用于制造化学稳定的透明导电薄膜,可用于各种应用。(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)



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