I en pekskärm eller en solpanel, varje ledande överlagring borde vara tydlig. Ingenjörer använder transparenta tunna filmer av indiumtennoxid (ITO) för jobbet, men ett högteknologiskt materials egenskaper är bara hälften av dess CV. De ska också vara så billiga och lätta att tillverka som möjligt. I en ny studie, forskare från Brown University och ATMI Inc. rapporterar den bästa transparens- och konduktivitetsprestanda någonsin för en ITO gjord med en kemisk lösning, vilket potentiellt är det lätta, lågkostnadsmetod tillverkarna vill ha.

"Vår teknik är redan på prestandanivå för användning i resistiva pekskärmar, sa Jonghun Lee, en brun kemistudent och huvudförfattare till tidningen publicerad online den 1 augusti av Journal of the American Chemical Society .

Gruppen gjorde ledande ITO-filmer med en tjocklek på 146 miljarddelar av en meter som tillät 93 procent av ljuset att passera igenom, en genomskinlighet jämförbar med glasplattorna de placerades på. Teamet gjorde också sina filmer ovanpå böjbar polyimid, visar att det potentiellt kan vara användbart för att göra flexibla skärmtekniker.

I flera experiment visade de att man genom att variera tjockleken och tennhalten (mellan 5 och 10 procent var bäst) kunde variera transparensen och motståndet för att hitta den bästa kombinationen.

"Genom att kontrollera koncentrationen av nanokristalllösningen, vi kunde kontrollera tjockleken på filmen från 30 nanometer till 140 nanometer, " sa Lee.

Lösningen

För att göra filmer, teamet syntetiserade ITO-kristaller i nanoskala i en lösning. Sedan gjorde de en platt och slät film av dem genom att droppa lösningen på en glasskiva följt av snabb spinning, en process som kallas spinngjutning. Därifrån bakade de, eller glödgat, de belagda plattorna i flera timmar (den bästa tiden visade sig vara sex timmar) och testade sedan deras transparens och konduktivitet.

Spinngjutning är enkelt eftersom högteknologiska tillverkningsprocesser går, men att hitta kemin som gör att spinngjutning kan producera en högpresterande ITO-tunnfilm har visat sig svårfångat. En nyckelprestation som beskrivs i den nya tidningen, hittade materialen som behövdes för att göra ITO-kristallerna i nanoskala i första hand, sa Shouheng Sun, professor i kemi vid Brown och studiens motsvarande författare.

De bästa kemikalierna visade sig vara indiumacetylacetonat och tennbis(acetylacetonat)diklorid. De syntetiserade ITO nanokristaller som hade ett smalt intervall av storlekar, cirka 11 miljarddelar av en meter i diameter. Den konsistensen innebar att när kristallerna ordnade sig i de tunna filmerna, de hopade sig inte i klumpar, inte heller höll sig för långt ifrån varandra. Resultatet blev en tät men jämnt fördelad samling av kristaller, som främjar konduktiviteten.

"Om partikeln klumpar, då kan du inte få enhetlig montering och du kan inte få bra ledningsförmåga, " sa Sun.

Denna upptäckt var avgörande för att uppnå den prestanda på hög nivå som beskrivs i tidningen, men teamet vet att det fortfarande behöver bygga vidare på de framstegen – till exempel, för att matcha konduktiviteten hos filmer gjorda genom en process som kallas sputtering.

"Nästa steg är att förbättra konduktiviteten till en storlek som motsvarar sputterad ITO samtidigt som man inser de minskade kostnads- och processeffektivitetsfördelarna som förväntas av en lösningsbaserad ITO-deponeringsmetod, sa Melissa Petruska, senior forskare vid ATMI och medförfattare till artikeln.

I nya experiment, därför, teamet planerar att ytterligare minska det elektriska motståndet, för att minska den tid som filmerna behöver för att härda, och att lägga ner fina mönster av sina filmer, snarare än kontinuerliga ark, med bläckstråle- eller rulle-till-rulle-utskrift.