Ученые изобрели новый материал для сенсорных экранов

Новая технология производства сенсорных дисплеев, не содержащая индия, имеет большой потенциал для производства устройств с интерактивными экранами следующего поколения, на фоне возникающего дефицита индия.

Индий используется во многих высокотехнологичных устройствах, таких как сенсорные экраны, смартфоны, солнечные панели и интеллектуальные окна, в виде оксида индия и олова. Этот материал обладает двумя важнейшими особенностями: является оптически прозрачным и электропроводным, что необходимо для работы сенсорных экранов. Однако проблема заключается в том, что этот редкоземельный металл на планете находится в ограниченном количестве и нет гарантированных долгосрочных поставок индия для растущей индустрии интерактивных устройств.

Индий непрактично добывать напрямую из-за низкого содержания вещества в руде, поэтому почти весь индий в мире является побочным продуктом добычи цинка. Снижение спроса на цинк уже наблюдается в автомобильной промышленности. При этом отмечается постоянное увеличение спроса на смартфоны и сенсорные панели, что еще больше усугубляет потенциальную нехватку индия в будущем. Попытка вторичной переработки сенсорных экранов с целью извлечения индий также является не рентабельной и обходится слишком дорого.

Потенциальное решение проблемы дефицита индия для производства сенсорных экранов нашли научные сотрудники Сиднейского университета. Они разработали новый способ создания оптически прозрачных и электропроводящих покрытий без индия с помощью плазменной технологии.

Плазма похожа на суп из заряженных частиц, в котором электроны оторваны от своих атомов. Ее еще часто описывают, как четвертое состояние материи после твердого, жидкого и газообразного. Это вещество на самом деле составляет более 99% видимых объектов во Вселенной. Солнце, как и большинство звезд, по сути, представляет собой гигантский шар светящейся плазмы.

В быту плазма есть в люминесцентных лампочках и неоновых рекламных вывесках. Разработанные австралийскими учеными новые пленки для сенсорных экранов не содержат плазмы, но при их производстве используется плазма для создания новых материалов. Интерактивное покрытие изготовлено из ультратонкого слоя серебра, зажатого между двумя слоями оксида вольфрама. Эта структура имеет толщину менее 100 нанометров - примерно одну тысячную ширины человеческого волоса.

Данный ультратонкий многослойный материал создается и наносится на стекло с помощью процесса, называемого «плазменным напылением». Процесс включает в себя воздействие на смесь газов аргона и кислорода сильным электрическим полем до тех пор, пока эта смесь не перейдет в состояние плазмы. Плазма используется для бомбардировки вольфрамовой твердой мишени, отделения от нее атомов и осаждения их в виде сверхтонкого слоя на поверхность стекла.

Затем этот процесс повторяется, используя серебро, после чего в последний раз применяется оксид вольфрама, внедренный с наночастицами серебра. Весь процесс занимает всего несколько минут, дает минимальные отходы и дешевле, чем использование индия, и может использоваться для любых стеклянных поверхностей.

У готового плазменного покрытия есть еще одна интересная особенность: оно электрохромное, т.е. оно может стать более или менее непрозрачным или изменить цвет при подаче на него электрического напряжения. Это означает, что его можно использовать для создания супертонких «дисплеев для печати», которые могут становиться тусклее или ярче или изменять цвет по желанию. Такие устройства будут гибкими и потреблять мало энергии.

Новая технология, не содержащая индия, имеет большой потенциал для производства устройств с сенсорным экраном следующего поколения, таких как смартфоны или электронная бумага, а также смарт окон и солнечных батарей. Технология готова к масштабированию для создания покрытий на стекле, и сейчас разработчики проводят дальнейшие исследования, чтобы адаптировать их для будущих носимых электронных устройств. Умные окна, покрытые новыми пленками, можно использовать для блокировки потока света и, следовательно, тепла по мере необходимости. Разработанная плазменная пленка может быть нанесена на любую стеклянную поверхность, которая затем может быть настроена так, чтобы регулировать ее прозрачность в зависимости от погоды на улице. В отличие от существующих фотохромных материалов, которые реагируют на уровень окружающего света, новый материал реагирует на электрические сигналы, а это означает, что им можно управлять.