Компьютерная модель помогает прогнозировать свойства прозрачных проводников
Стандартным материалом для изготовления прозрачных проводников в современной промышленности является оксид индия олова (indium tin oxide, ITO). Он наносится двумя слоями — по обе стороны пленки-разделителя. Контакт, в виде пальца или стилуса, изменяет электрическое сопротивление между двумя слоями ITO, таким образом, устройство регистрирует прикосновение пользователя.
К сожалению, индий относительно редок, его цена и доступность меняются непредсказуемо. Что еще более критично для гибких устройств — материал ITO хрупок. Эти недостатки заставляют ученых во всем мире искать альтернативы ITO.
Итогом сотрудничества Университета Пенсильвании и Университета Дьюка, стал новый способ конструирования прозрачных проводников из сетки металлических нанопроводов, позволяющий создавать менее дорогие и, к тому же, гибкие сенсорные экраны.
Технологии создания металлических нанопроводов постоянно дешевеют. Вместо выращивания в вакууме, как в случае ITO, нанопровода можно разводить в жидкости, а полученную суспензию применять для покраски или напыления на гибкую или жесткую основу в обычных комнатных условиях.
Однако, использование нанопроводов также упирается в проблему: вышеописанные процедуры дают беспорядочную сеть вместо однородного слоя, получаемого из ITO. Этот недостаток, с одной стороны, влияет на прозрачность пленки — она должна быть высокой, а с другой, на ее электрическое сопротивление, которое должно оставаться низким.
Предсказание и оптимизация свойств таких наномасштабных сетей стали возможны благодаря разработанной командой профессора Бенджамина Вили (Benjamin Wiley) из Университета Дьюка компьютерной модели двумерных структур, применимой к сетям серебряных нанопроводов, изготовляемых в лаборатории технологий и прикладных наук факультета материаловедения и технологий Пенсильванского университета (Penn State).
«Теперь мы можем проводить рациональное сравнение различных проводов и методов их обработки, чтобы находить наименьшее контактное сопротивление при любых диаметре и длине нанопроводников, а также зоне их покрытия, — заявила профессор Вини (Karen Winey ) из Penn State в статье, опубликованной в ACS Nano. — Зная все критические факторы, мы можем начать настраивать поочередно каждый из них».
Продолжая совершенствовать компьютерную модель, ученые из Penn State планируют ввести в рассмотрение ряд дополнительных параметров, влияющих на характеристики сети нанопроводников, таких как ориентация каждого нанопроводника, неоднородность их длин и диаметров, что позволит, в частности, имитировать прозрачные электроды, получаемые с применением разных процедур нанесения.