«ОКНА» В ПЛЕНКАХ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ПОМОГУТ СОЗДАТЬ ГИБКИЕ СМАРТФОНЫ

01 декабря 2020, 09:46

Ученые Алферовского университета и Сколтеха совместно с коллегами создали токопроводящую пленку из углеродных нанотрубок с высокой электропроводностью и лучшими оптическими свойствами по сравнению с известными аналогами. Тонкая и прозрачная пленка может стать основой гибких экранов смартфонов и сенсоров для микроэлектроники. Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Прозрачные электропроводящие пленки, пропускающие видимый свет, используются в дисплеях современной электроники, солнечных элементах, светодиодах и других устройствах. Такие пленки сегодня делают из оксидов металлов — довольно хрупкого материала с ограниченными оптическими свойствами, которые снижают КПД устройства.

«Самый популярный прозрачный электрод — это оксид индия-олова. Но он совсем не гибкий. Хотя есть исследования, подтверждающие, что его можно сделать и гибким, однако тогда он плохо проводит электричество. Мы предложили гибкий прозрачный электрод, который по своим функциональным свойствам превосходит все имеющиеся материалы. Он может быть использован и для создания гибких смартфонов», — объясняет Иван Мухин д.ф.-м.н., профессор, заведующий лабораторией возобновляемых источников энергии Алферовского университета.

В новом электроде используются пленки из однослойных углеродных нанотрубок, свернутого в бесшовный цилиндр графена, то есть «лист» углерода толщиной в один атом. Это легкий и прочный материал, устойчивый к действию высоких температур и механических воздействий. Это особенно важно для применения в гибких дисплеях. Однако пока углеродные нанотрубки уступают оксиду индия-олова по электропроводности.

Чтобы обойти эту проблему, исследователи предложили соединить два слоя нанотрубок, синтезированных учеными из Сколтеха.

«Секрет нашего успеха заключается в создании двуслойного материала: на сплошную практически не поглощающую свет тонкую пленку, наносятся узкие и непрозрачные линии из ОУНТ, которые играют роль высокопроводящих токосъемников. Комбинация таких структур позволяет значительно уменьшить поверхностное сопротивление материала при заданной прозрачности» — поясняет Альберт Насибулин, профессор РАН, заведующий лабораторией наноматерилов Сколковского иститута науки и технологий.

Получается электрод состоящий из тонкого прозрачного слоя с отличными оптическими свойствами, но слабой проводимостью, и «темного» слоя с высокой проводимостью, но низкой прозрачностью. Таким образом, ученые как бы «прорубили» своеобразные «окна» для света, повысив его прозрачность.

Теоретические расчеты и численное моделирование, предсказавшие возможность создать такую двухслойную пленку с оптимальными свойствами, оправдались в эксперименте: новая пленка по своим параметрам превзошла аналоги на основе оксида индия-олова. По словам разработчиков, подобные материалы в перспективе можно использовать не только в гибкой электронике нового поколения, но и для высокоточных медицинских датчиков и солнечных батарей.

Текст Лидия Георгиева