Flexibel, transparent elektronik är närmare verkligheten med skapandet av grafenbaserade elektroder vid Rice University.

Rice-kemisten James Tour labs lab har skapat tunna filmer som kan revolutionera pekskärmar, solpaneler och LED -belysning. Forskningen rapporterades i onlineutgåvan av ACS Nano .

Flexibel, genomskinliga videoskärmar kan vara "mördare-appen" som äntligen sätter grafen-den högt prövade enatomtjocka formen av kol-i den kommersiella rampljuset en gång för alla, Tour sa. I kombination med andra flexibla, transparenta elektroniska komponenter som utvecklas på Rice och på andra håll, genombrottet kan leda till datorer som lindas runt handleden och solceller som omsluter nästan vad som helst.

Laboratoriets hybridgrafenfilm är en stark kandidat för att ersätta indiumtennoxid (ITO), en kommersiell produkt som ofta används som transparent, ledande beläggning. Det är det väsentliga elementet i praktiskt taget alla plattskärmar, inklusive pekskärmar på smarta telefoner och iPads, och ingår i organiska ljusemitterande dioder (OLED) och solceller.

ITO fungerar bra i alla dessa applikationer, men har flera nackdelar. Elementet indium blir alltmer sällsynt och dyrt. Det är också sprött, vilket ökar risken för skärmsprickor när en smarttelefon tappas och utesluter vidare ITO som grund för flexibla skärmar.

Tour Labs tunna film kombinerar ett ettskiktsark av mycket ledande grafen med ett fint galler av metallnanotråd. Forskarna hävdar att materialet lätt överträffar ITO och andra konkurrerande material, med bättre transparens och lägre motstånd mot elektrisk ström.

"Många människor arbetar med ITO -ersättningar, särskilt när det gäller flexibla underlag, "sa Tour, Rices T.T. och W.F. Chao Chair i kemi samt professor i maskinteknik och materialvetenskap och datavetenskap. "Andra laboratorier har tittat på att använda ren grafen. Det kan fungera teoretiskt, men när du lägger den på ett underlag, den har inte tillräckligt hög konduktivitet vid tillräckligt hög transparens. Det måste bistås på något sätt. "

Omvänt, sa postdoktoren Yu Zhu, huvudförfattare till det nya papperet, fina metallmaskor visar god konduktivitet, men luckor i nanotrådarna för att hålla dem transparenta gör dem olämpliga som fristående komponenter i ledande elektroder.

Men att kombinera materialen fungerar utmärkt, Sa Zhu. Metallgallret stärker grafen, och grafen fyller alla tomma utrymmen mellan rutnätet. Forskarna hittade ett nät av fem mikron nanotrådar av billiga, lätt aluminium försämrade inte materialets transparens.

"Fem-mikron rutnät är ungefär en tiondel av ett människohår, och ett människohår är svårt att se, "Sa Tour.

Tour sa att metallgaller enkelt skulle kunna produceras på ett flexibelt underlag via standardtekniker, inklusive utskrift från rulle till rulle och bläckstråle. Tekniker för att göra stora ark med grafen förbättras också snabbt, han sa; kommersiella laboratorier har redan utvecklat en roll-to-roll grafenproduktionsteknik.

"Det här materialet är klart att skala nu, " han sa.

Flexibiliteten är nästan en bonus, Zhu sa, på grund av de potentiella besparingarna med att använda kol och aluminium istället för dyr ITO. "Just nu, ITO är den enda kommersiella elektroden vi har, men det är sprött, "sa han." Vår transparenta elektrod har bättre konduktivitet än ITO och är flexibel. Jag tror att flexibel elektronik kommer att gynna mycket. "

I tester, han fann att hybridfilmens konduktivitet minskar med 20 till 30 procent med de första 50 böjarna, men efter det, materialet stabiliseras. "Det fanns inga signifikanta variationer upp till 500 böjningscykler, "Sade Zhu. Mer strikta böjningstest kommer att lämnas åt kommersiella användare, han sa.

"Jag vet inte hur många gånger en person skulle rulla ihop en dator, "Tour tillagd." Kanske 1, 000 gånger? Tiotusen gånger? Det är svårt att se hur det skulle slita ut under den livstid du normalt skulle behålla en enhet. "

Filmen visade sig också vara miljöstabil. När forskningsrapporten lämnades in i slutet av 2010, testfilmer hade exponerats för miljön i laboratoriet i sex månader utan försämring. Efter ett år, de förblir så.

"Nu när vi vet att det fungerar bra på flexibla underlag, detta ger grafens effektivitet ett steg upp till dess potentiella användbarhet, "Sa Tour.