Телевизоры, компьютерные мониторы и экраны мобильных телефонов требуют прозрачного электрода, через который было бы видно формируемое рабочим слоем изображение (без внутренних отражений и других помех). Допированный оловом оксид индия (ITO) несколько десятков лет служит верой и правдой именно этой цели. Но он дорог и хрупок, да и запасы редчайшего металла далеко не безграничны.
В Институте материаловедения и инжиниринга A*STAR (Сингапур) в качестве недорогой и вместе с тем достойной альтернативы предлагают разработанную местными учёными композитную плёнку на основе графена и ферроэлектрического полимера.
Графен – это, как все помнят, углеродный слой толщиной в один атом, что обеспечивает его оптическую прозрачность. Но главное достоинство графена в его электрических свойствах: материал демонстрирует высокую электрическую проводимость, являясь при этом намного более прочным и одновременно более гибким, чем ITO. Природная гибкость графена позволяет использовать его даже для создания складывающихся дисплеев и тонких солнечных батарей.
Да, графен способен на высокую электрическую проводимость. Но его проводимость в первородном состоянии низка в силу слишком малого числа свободных электронов. Попробовать накачку электронов извне, – например, при приложении электрического напряжения? Для потребительских товаров это не подойдёт: слишком высоким получается расход драгоценной энергии.
Разработанная в Сингапуре композитная плёнка предлагает более элегантное решение. Материаловеды объединили графен с ферроэлектрическим полимером, обладающим постоянным поверхностным зарядом. Графен был выращен на медной фольге методом химического осаждения из газовой фазы, а затем поверх слоя графена наносилась плёнка полимера из его раствора. В момент образования контакта двух слоёв электрическое поле полимера индуцирует электрические заряды на поверхности графена. В результате наблюдается 12-кратное (!) возрастание проводимости графена.
Достоинство этого подхода – в практически неограниченном периоде действия электрон-донорного механизма без разрушения используемых материалов и существенного снижения оптической прозрачности графена. Итоговая прозрачность по видимому свету композитной плёнки составила 95%, что совсем не плохо. А вот итоговая проводимость всё же оказалась ниже ITO – примерно на 20% (хотя проводимость самого ITO может колебаться в довольно широких рамках, и те же 20% далеко не предел). Исследователи надеются, что дальнейшая оптимизация композита и, конечно, техпроцесса позволит не только догнать ITO по проводимости, но и «перегнать его раза в два».
Проблема в том, что проводимость графена невероятно анизотропна. Вдоль листа она может быть близка к металлической, а перпендикулярно направлению плоскости листа – стремиться к проводимости изоляторов. И в случае плёнок, если из них будут делать прозрачные электроды, высокая проводимость как раз нужна в направлении, перпендикулярном плоскости проводящей плёнки. У ITO с этим проблем нет…
Комментарии