Vědci v oblasti materiálů udělali mimořádný průlom ve 2D materiálech tím, že vynalezli ultrapružný elektrický materiál pro použití na dotykových obrazovkách, který lze vytisknout a rozbalit jako noviny.

Na rozdíl od současných materiálů s dotykovou obrazovkou, které jsou 3D, je nový materiál 100krát tenčí, takže umožňuje průchod více světla, čímž je energeticky účinnější.

„To znamená, že mobilní telefon s dotykovou obrazovkou vyrobenou z našeho materiálu by spotřeboval méně energie,“ vysvětluje vedoucí výzkumník studie Torben Daeneke, „prodloužení výdrže baterie přibližně o 10%.“

Výzkumný tým Dr. Robi Datty, Dr Torben Daeneke a Dr. Nitu Syed.

Tento objev byl založen na úpravě současné technologie pro výrobu dotykových obrazovek, která je pomalá a vyrábí obrazovky v dávkách, a nahrazuje ji materiálem, který je lehčí, pružnější a lze jej vyrobit na výrobním procesu typu roll to roll (2R).

Tým nejprve studoval pravidelné dotykové obrazovky, které jsou obvykle vyrobeny z oxidu india a cínu, průhledného, ale křehkého materiálu. Použitím chemie tekutých kovů na materiál byl tým schopen zmenšit 3D látku pouze na 2D. Vědci tak získali materiál dostatečně pružný, aby mohl být srolován do trubice.

Nové nanofilmy pro dotykové obrazovky by mohly být vytištěny na roli jako noviny.

"Vzali jsme starý materiál a transformovali jsme ho zevnitř, abychom vytvořili novou verzi, která je svrchně tenká a flexibilní," říká Daeneke, člen Australské rady pro výzkum DECRA v RMIT. "Můžete to ohnout, můžete točit a můžete to udělat mnohem levněji a efektivněji než pomalý a drahý způsob, jakým v současné době vyrábíme dotykové obrazovky."

Ve skutečnosti je tento proces mnohem jednodušší než energeticky náročná vakuová komora, dávková výroba, jak zdůrazňuje Daeneke: „Krása spočívá v tom, že náš přístup nevyžaduje drahé nebo specializované vybavení - mohlo by to být dokonce provedeno v domácí kuchyni.“

Tento proces byl nastíněn v tiskové zprávě RMIT, která vysvětlovala, jak vědci použili přístup k tisku tekutých kovů k vytvoření atomově tenkého oxidu india a cínu (ITO). Zpráva popisující, jak se „slitina india a cínu zahřívá na teplotu 200 ° C, kde se stává kapalnou, a poté se převaluje po povrchu, aby se vytiskly nano-tenké vrstvy oxidu india a cínu.“

Schéma vyvinutého dvoukoncového odporového zkušebního zařízení, přičemž vložka ukazuje rozhraní ITO / polymer.

I když tyto 2D nano-listy mají stejné chemické složení jako běžná surovina s dotykovým displejem, složky nyní mají novou krystalovou strukturu, což jim dává nové optické a mechanické vlastnosti.

V důsledku toho zpráva uvádí: „Nový typ ITO, který je plně flexibilní, absorbuje pouze 0,7% světla ve srovnání s 5-10% standardního vodivého skla. Aby byl elektronicky vodivý, stačí přidat další vrstvy. “

a) AFM obraz 2D nanosouboru. Vložka zobrazuje výškový profil zaznamenaný v místě označeném černou čarou. b) TEM obraz s nízkým rozlišením nanosouboru ITO vytištěný na TEM mřížce.

Je to průkopnický přístup, který cloumá s výzvou, která byla považována za neřešitelnou, řekl Daeneke.

"Neexistuje žádný jiný způsob, jak vyrobit tento plně flexibilní, vodivý a transparentní materiál, kromě naší nové metody tekutých kovů," říká Daeneke. "Dosud to nebylo možné - lidé jen předpokládali, že to nelze udělat."

Studie byla spoluprací s materiálovými analýzami s vědci z RMIT, Monash University, ARC Center of Excellence v budoucích nízkoenergetických elektronických technologiích (FLEET) a UNSW. Závěrečná zpráva byla nyní zveřejněna v časopise Nature Electronics, kde podrobně popisují, jak vytvořili „… kapacitní dotykovou obrazovku s použitím monovrstvých listů ITO centimetrové velikosti“.

a) Kapička slitiny indium-cín se umístí na vhodný substrát, který se zahřeje na 200 ° C. Druhý předehřátý substrát je jemně tlačen shora. b) průřez stlačenou slitinou umístěnou mezi dvěma substráty. Tekutý kov je vtlačen do tenkého kovového filmu, přičemž oxid povrchového rozhraní je v konformním kontaktu se substráty. Krystalová struktura ITO je zobrazena ve vložce. c) Když se horní substrát zvedne, tekutý kov se díky vysokému povrchovému napětí vrátí na malé sférické kapičky, což odhalí velkoplošné ITO. d) demonstrační obvod LED využívající tištěný 2D ITO k překlenutí mezery v napájecím obvodu LED. 2D ITO je viditelně průhledný a dostatečně vodivý, aby umožnil zapnutí LED.

Tým prozatím vytvořil funkční dotykové obrazovky jako důkaz konceptu, přičemž tato technologie stále čeká na patent.

Výzkum však pokračuje, protože tým zkoumá, jak by jejich nový přístup k výrobě 2D materiálů mohl být aplikován na jiná optická elektronická zařízení, jako jsou dotykové displeje, solární panely, LED a dokonce i inteligentní okna.

S tolika možnými aplikacemi uvažuje tým také o nejlepší cestě vpřed ke komercializaci objevu.

"Jsme nadšeni, že jsme ve fázi, kdy můžeme prozkoumat možnosti obchodní spolupráce a spolupracovat s příslušnými průmyslovými odvětvími, abychom tuto technologii uvedli na trh." Říká Daeneke.

Toto je měnící se čas pro elektronický průmysl, kdy se neustále vyvíjejí nové materiály a technologie. Až příliš často se však objevují průlomy, které jsou příliš futuristické, příliš drahé, příliš neuvěřitelné nebo vyžadují přizpůsobení stávajících elektrických výrobků před zavedením nové technologie.

Studie však zjistila, že vývoj výrobního procesu „roll on roll“ pro energeticky účinnější a lehčí dotykové obrazovky, který lze okamžitě nainstalovat do mobilních telefonů příštího roku, má něco futuristického i praktického.

Jak Daeneke uzavírá, „Ukázali jsme, že je možné vytvořit tisknutelnou, levnější elektroniku s využitím ingrediencí, které byste si mohli koupit v železářství, tisk na plasty, abyste vytvořili dotykové obrazovky budoucnosti.“

Fotografický kredit: Offgridindependce, Guardian, Nature, a RMIT