铜纳米线薄膜可显著降低电子设备成本

2011-9-28 10:03 来源: 中国科学院
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  据美国物理学家组织网9月27日(北京时间)报道,美国杜克大学的科学家研制出了一种新型纳米结构,其具有降低手机、电子阅读器和iPad等显示器制造成本的潜力,亦能帮助科学家构建可折叠的电子产品并提升太阳能电池的性能,目前已进入商业制造阶段。相关研究报告发表在近期出版的《先进材料》网络版上。

  该校的化学家本·威利及其学生亚伦·莱斯梅尔开发出的这种新技术可在水中“管理”铜原子,并形成长而薄但不聚集凝结分布的纳米线。这种纳米线随后可转变成透明的导电薄膜,覆盖于玻璃或塑料之上。这项新的研究表明,铜纳米线薄膜与目前用于电子设备和太阳能电池上的薄膜具有相同的特性,但制造成本却可显著降低。

  目前连接电子屏幕像素的薄膜是由铟锡氧化物(ITO)制成的,其透明程度很高,对于信息也具有良好的传导性。但ITO薄膜必须通过蒸汽沉积,这个过程十分缓慢,而且含有ITO的设备很容易裂开。此外,铟也是一种昂贵的稀土元素,每千克的价格高达800美元左右。“这些问题都促使全球的科学家尽力寻找更加经济的材料,如同油墨一般,能更快速地镀在或印刷在所需的材料表面,形成低成本的透明导电薄膜。”威利说。

  ITO薄膜的替代方法之一是使用含银纳米线的油墨。今年,第一款屏幕由银纳米线制成的手机将会面市。但银与铟类似,仍然十分昂贵,每千克价格可达1400美元。而相比之下,铜的含量十分丰富,可比铟或者银充足一千余倍,价格也要便宜大概100倍,每千克仅为9美元。

  2010年,威利带领的研究团队已经表示,有可能研制出能够覆盖在玻璃上的铜纳米线层,从而形成透明的导电薄膜。但由于铜纳米线经常聚集在一起,当时制成的薄膜性能还未达到实际应用的标准,而此次采用的新方法则解决了这一难题。

  研究小组制成的铜纳米线还在弯折次数上有了较大突破,在来回弯曲1000次以后,其仍能保持传导性和形状。与此相比,ITO薄膜的传导性和结构在几次弯折后就会损坏。

  目前威利参与创建的“纳米熔炉”公司已开始制造可商业应用的铜纳米线,订单状况十分火爆。他表示,柔性铜纳米线低成本、高效能的特性,使其成了下一代显示器和太阳能电池的自然选择。随着此项技术的不断发展,未来的显示器将更加轻薄、可靠,太阳能也将比化石燃料等更具竞争力。