Barriärfilmer, används i allt från livsmedels- och läkemedelsförpackningar till konsumentelektronik och solceller, hjälpa till att förhindra att din mat förstörs, hjälpa till att bevara medicin, och skydda din elektronik från skador på grund av exponering för luft eller vattenstänk. Nu har en grupp forskare i Georgien utvecklat ett nytt sätt att producera bättre filmer med hjälp av atomlager.
Det här är inte de tunna filmerna av plast som kan försegla ett paket med kakor. Avancerade barriärfilmer som skyddar din telefons högteknologiska organiska lysdiod (OLED)-skärm från varje doft av syre eller vattenångamolekyl kräver genomskinliga material med högre prestanda som metalloxider.
Befintliga metoder för att tillverka dessa högpresterande barriärer är inte perfekta. På grund av hur de är gjorda, de har ofta små defekter, resulterar i små hål som släpper in vatten eller syre. Det är därför Samuel Graham och hans kollegor vid Georgia Institute of Technology har undersökt hur man använder atomlagerdeposition för att producera bättre barriärfilmer. Vid AVS 60:e internationella symposium och utställning, hölls i Long Beach, Kalifornien 27 oktober – 1 november, Graham kommer att diskutera några av den senaste utvecklingen i denna ansträngning.
Graham och hans kollegor har skapat nya barriärfilmer som kan skydda elektronik i mycket tuffa miljöer – när de är nedsänkta i saltvatten i månader, till exempel.
"Genom att skapa sådana barriärfilmer, vi kan förlänga livslängden och tillförlitligheten för elektroniska enheter, ", sa Graham. De nya beläggningarna kan användas för elektronik som implanterbara biomedicinska apparater, ljusemitterande dioder (LED) som används i halvledarbelysning och displayer, solceller, och organiska elektrokroma fönster, som går från ogenomskinlig till klar när en spänning appliceras. Barriärfilmer kommer att spela en stor roll i utvecklingen av många framtida elektroniska enheter tillverkade av organiska material, Graham tillade.
Hur Atomic Layer Deposition fungerar
Högpresterande barriärfilmer tillverkas vanligtvis med tekniker som sputterdeponering eller plasmaförstärkt kemisk ångavsättning. I dessa metoder, material antingen "sprutas" på ett substrat eller odlas från en plasma, skapar ett tunt lager som blir filmen. Även om det är effektivt och vanligt inom industrin, dessa tekniker resulterar ofta i defekter, kräver flera beläggningar för att skapa bra barriärfilmer.
Med avsättning av atomlager, forskarna har exakt kontroll ner till molekylär nivå, låta dem göra tunna, även filmer som har minimala defekter. I denna process, forskarna omger ett substrat med en gas som innehåller en speciell metallatom som aluminium. Gasens molekyler fäster sig på substratet, bildar ett enda lager av atomer. Nästa, överskottsgas avlägsnas från kammaren och en annan gas införs som sedan oxiderar metallen, skapar en metalloxid som är ogenomtränglig för luft eller vatten. Processen upprepas för att nå önskad tjocklek, vilket bara är cirka 10 nanometer. I kontrast, filmer gjorda med mer konventionell teknik är tiotals till hundratals gånger tjockare.
Företag utvecklar och säljer redan teknik för atomskiktsavsättning, säger Graham. Men för storskalig kommersiell användning, mer arbete måste göras för att förbättra tekniken, hur snabbt materialet deponeras, och filmernas kemiska stabilitet och mekaniska tillförlitlighet.
