I ett försök att förbättra stora pekskärmar, LED-ljuspaneler och fönstermonterade infraröda solceller, forskare vid University of Michigan har gjort plasten ledande samtidigt som den gjort den mer transparent.

De ger ett recept för att hjälpa andra forskare att hitta den bästa balansen mellan konduktivitet och transparens genom att skapa en trelagers antireflexyta. Det ledande metallskiktet är inklämt mellan två "dielektriska" material som tillåter ljus att passera igenom lätt. Dielektrikerna minskar reflektionen från både plast- och metallskiktet mellan dem.

"Vi utvecklade ett sätt att göra beläggningar med hög transparens och konduktivitet, lågt dis, utmärkt flexibilitet, enkel tillverkning och bra kompatibilitet med olika ytor, " sa Jay Guo, U-M professor i elektroteknik och datavetenskap, som ledde arbetet.

Tidigare, Guos team hade visat att det var möjligt att lägga till ett lager av metall på en plastskiva för att göra den ledande – ett mycket tunt lager av silver som av sig själv, minskade ljustransmissionen med ungefär 10 %.

Ljusgenomsläpplighet genom plast är lite lägre än genom glas, men dess transparens kan förbättras med antireflexbeläggningar. Guo och hans kollega Dong Liu, en gästprofessor vid U-M från Nanjing University of Science and Technology, insåg att de kunde göra en antireflexbeläggning som också var ledande.

"Det togs för givet att ledarens transmittans är lägre än substratets, men vi visar att så inte är fallet, sa Chengang Ji, första författare till studien i Naturkommunikation , som arbetade med projektet som Ph.D. student i el- och datateknik. Ji doktorerade från U-M 2019.

De dielektrika som teamet valt i detta fall är aluminiumoxid och zinkoxid. På sidan närmast ljuskällan, aluminiumoxiden reflekterar mindre ljus tillbaka till källan än vad plastytan skulle göra. Sedan kommer metallskiktet, består av silver med en liten mängd koppar i, bara 6,5 ​​nanometer tjock, och sedan hjälper zinkoxid till att leda ljuset in i plastytan. En del ljus reflekteras fortfarande tillbaka där plasten möter luften på motsatt sida, men överlag, ljusgenomsläppligheten är bättre än plasten ensam. Transmittansen är 88,4 %, upp från 88,1 % enbart för plasten.

Med teoriresultaten, teamet förväntar sig att andra forskare kommer att kunna designa liknande flexibla sandwich-stilar, mycket transparenta ledare, som släpper igenom ännu mer ljus än bara plasten.

"Vi berättar för människor hur transparent en dielektrisk-metall-dielektrisk ledare kan vara, för en elektrisk målkonduktans. Vi berättar också för dem hur man uppnår denna höga transmittans steg för steg, " sa Liu.

Knepen är att välja rätt dielektrikum och sedan ta reda på rätt tjocklek för varje för att undertrycka reflektionen av den tunna metallen. I allmänhet, materialet mellan plasten och metallen bör ha ett högre brytningsindex, medan materialet närmast displayen eller ljuskällan bör ha ett lägre brytningsindex.

Guo fortsätter att föra tekniken framåt, samarbetar i ett projekt som använder transparenta ledare i solceller för montering på fönster. Dessa kan absorbera infrarött ljus och omvandla det till elektricitet samtidigt som de lämnar det synliga spektrumet för att ljusa upp rummet. Han föreslår också stora interaktiva displayer och bilvindrutor som kan smälta is på samma sätt som bakrutorna kan.