Los científicos de la Universidad de Stanford y el Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC del Departamento de Energía han demostrado que pueden fabricar conductores eléctricos flexibles y transparentes con un rendimiento récord para su uso en células solares, pantallas y otros dispositivos al esparcir polímeros en una superficie transparente con unhoja, como un cuchillo untando mantequilla sobre una tostada.
La técnica, publicada el 29 de octubre en la edición avanzada en línea de Actas de la Academia Nacional de Ciencias , ya se ha utilizado para fabricar electrodos con patrones para sensores táctiles y células solares orgánicas, y con un mayor desarrollo podría ser una herramienta para la fabricación de conductores transparentes a gran escala.
"Pudimos lograr una conductividad récord con un material que la gente ha conocido durante años, simplemente ajustando el proceso de recubrimiento", dijo Zhenan Bao, profesor de Stanford y miembro de SIMES, el Instituto de Stanford para Ciencias de Materiales y Energía enSLAC, quien dirigió el estudio. "Eso demuestra que hay mucho espacio para lograr un alto rendimiento mediante el control del ensamblaje y la estructura de los materiales a escala molecular".
Conductores transparentes para dispositivos flexibles
El grupo de Bao desarrolló esta técnica de "cizallamiento de soluciones" en estrecha colaboración con Michael Toney y Stefan Mannsfeld, científicos de planta de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource SSRL de SLAC, cuyos equipos utilizaron rayos X para observar las estructuras y propiedades de las películas terminadas.
Los conductores transparentes se utilizan cuando es importante que la luz entre o salga de un dispositivo, como en células solares, blindaje electromagnético, capas antiestáticas y pantallas de iluminación. Hoy en día, estos conductores se fabrican principalmente con óxido de indio y estaño, o ITO. Pero ITOEs costoso trabajar con él y no es compatible con las pantallas flexibles que se están desarrollando para una nueva generación de pantallas de TV, computadoras y otros dispositivos electrónicos.
"Hay un gran impulso en la industria para crear cosas que sean transparentes, económicas, se comporten bien y estén hechas de materiales abundantes", dijo Mannsfeld, quien ahora es profesor en la Universidad Tecnológica de Dresde.
Entonces, los científicos han estado explorando alternativas. En este estudio recurrieron a PEDOT: PSS, una mezcla conductora de dos polímeros que se vuelve transparente a medida que se seca. También es mucho más barata y más flexible que ITO.
Ajuste de los resultados del registro de rendimientos del proceso
Una hoja de silicona del tamaño de una caja de cerillas esparce una capa delgada de PEDOT: PSS en varias superficies, incluyendo vidrio, silicona y PET, una resina de poliéster transparente utilizada en envases de bebidas, a velocidades de hasta 6 metros por minuto.Gracias a la velocidad y al ajustar la temperatura de este proceso, los investigadores pudieron producir películas transparentes de varios espesores y conductividad, y también lograr que los polímeros PEDOT y PSS se separaran en capas, lo que aumentó aún más la conductividad de la película.hicieron batir el récord de conductividad existente para PEDOT: PSS.
Luego usaron el método para crear electrodos de trabajo: primero imprimieron patrones de circuitos electrónicos en una superficie de vidrio con una técnica de fabricación de chips llamada fotolitografía. Luego, esparcieron la mezcla de polímero sobre la superficie con la cuchilla. Los polímeros conductores se pegaron al patrónáreas pero no al vidrio desnudo, creando circuitos por donde las corrientes eléctricas pueden viajar. Los electrodos resultantes fueron probados y se encontró que funcionan en células solares y sensores táctiles.
"El cizallamiento de soluciones es todavía una técnica experimental, pero se está volviendo más común como una forma de depositar estos materiales poliméricos", dijo Sean Andrews, un investigador postdoctoral que llevó a cabo la mayor parte de los experimentos con el ex postdoctorado Brian Worfolk, ahora científicocon Phillips 66. "Estamos buscando formas de aumentar el rendimiento de estas películas con métodos que puedan ampliarse para la fabricación industrial".
Dijo que el equipo continúa realizando estudios de rayos X para descubrir exactamente por qué esparcir los polímeros con una cuchilla, que los estira en una dirección y ordena las moléculas de diferentes maneras a medida que se secan, los hace más conductores., para que puedan controlar y aprovechar el proceso para hacer conductores transparentes aún mejores.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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