Un touchscreen per smartphone è un pezzo di tecnologia impressionante. Visualizza le informazioni e risponde al tocco dell'utente. Ma come molti sanno, è facile rompere gli elementi chiave del trasparente, strati elettricamente conduttivi che compongono anche il touchscreen rigido più robusto. Se smartphone flessibili, e-paper e una nuova generazione di orologi intelligenti devono avere successo, non possono utilizzare la tecnologia touchscreen esistente.

Avremo bisogno di inventare qualcosa di nuovo, qualcosa di flessibile e durevole, oltre ad essere chiaro, leggero, elettricamente reattivo e poco costoso. Molti ricercatori stanno perseguendo potenziali opzioni. Come ricercatore laureato presso l'Università della California, lungo il fiume, Faccio parte di un gruppo di ricerca che lavora per risolvere questa sfida tessendo strati di maglie da microscopici fili di metallo, costruendo quelle che chiamiamo reti di nanofili metallici.

Questi potrebbero costituire componenti chiave di nuovi sistemi di visualizzazione; potrebbero anche rendere i touchscreen degli smartphone esistenti ancora più veloci e facili da usare.

Il problema con l'ossido di indio e stagno

Uno smartphone touchscreen standard ha il vetro all'esterno, sopra due strati di materiale conduttivo chiamato ossido di indio e stagno. Questi strati sono molto sottili, trasparente alla luce e conduce piccole quantità di corrente elettrica. Il display si trova sotto.

Quando una persona tocca lo schermo, la pressione del loro dito piega leggermente il vetro, avvicinando i due strati di ossido di indio-stagno. Nei touchscreen resistivi, che modifica la resistenza elettrica degli strati; nei touchscreen capacitivi, la pressione crea un circuito elettrico.

L'ossido di indio e stagno è molto conduttivo, facendo in modo che i touchscreen rispondano al tocco di un utente con velocità fulminee. Ma è anche molto fragile, rendendolo inadatto a display più flessibili. Inoltre, non c'è abbastanza indio, in gran parte prodotto dalla raffinazione di zinco e minerale di piombo, per soddisfare una domanda sempre crescente.

Potenziali sostituzioni

Qualsiasi sostituto dell'ossido di indio e stagno deve essere trasparente, altrimenti non avrebbe senso usarlo per uno schermo. Deve anche condurre bene l'elettricità. Alcuni potenziali sostituti per questo strato di ossido di indio e stagno includono nanotubi di carbonio, grafene e polimeri conduttivi

Ma ognuno di loro ha i suoi problemi. I nanotubi di carbonio di solito hanno un'elevata resistenza elettrica quando vengono a contatto l'uno con l'altro, quindi non funzionano bene come maglie.

Il grafene sarebbe eccellente:è altamente conduttivo, flessibile e trasparente. Però, non esiste ancora un processo su scala industriale per produrre abbastanza grafene per soddisfare la domanda. I polimeri conduttivi sono facilmente modellabili in forme diverse e abbastanza conduttivi da essere utilizzati in alcuni dispositivi fotovoltaici e basati su LED, ma la loro tendenza ad assorbire la luce significa che non sono ancora abbastanza buoni per essere usati come un sostituto completamente competitivo dell'ossido di indio e stagno.

Esplorare le reti di nanofili metallici

Un sostituto promettente dell'ossido di indio e stagno potrebbe essere costituito da reti di nanofili metallici. Sono costituiti da singoli fili d'argento o di rame, da decine a centinaia di nanometri di diametro, intrecciati insieme in una maglia interconnessa. È trasparente allo stesso modo di una porta a zanzariera:i singoli fili della rete sono così piccoli da non oscurare la vista complessiva.

I nanofili d'argento possono essere preparati in soluzione mediante una reazione chimica tra nitrato d'argento e glicole etilenico ad alta temperatura. Quando la soluzione viene distribuita sul retro di un touchscreen (realizzato in un materiale isolante come vetro o plastica flessibile), il liquido si asciuga e i nanofili formano giunzioni tra loro, creando la maglia.

La produzione di dispositivi con nanofili d'argento presenta diversi vantaggi rispetto allo standard attuale, ossido di indio-stagno. L'argento è 50 volte più conduttivo e può essere utilizzato in una più ampia varietà di dispositivi. Si prevede inoltre che la produzione di dispositivi con nanofili d'argento sarà più economica.

Altri vantaggi sono evidenti quando si confrontano i metodi di fabbricazione. L'ossido di indio e stagno viene applicato su una superficie touchscreen in un processo industriale chiamato "sputtering, " che comporta la vaporizzazione efficace dell'ossido di indio e stagno, alcuni dei quali atterrano sul touchscreen. Ma fino al 70 percento del materiale finisce sulle pareti della camera di polverizzazione e deve essere rimosso prima di poter essere riutilizzato. E l'ossido di indio e stagno non può essere applicato direttamente su superfici di plastica flessibili, perché lo sputtering comporta molto calore, che deformerà la plastica.

Al contrario, i nanofili metallici sono realizzati in una soluzione all'aria aperta e possono quindi essere spruzzati su fogli di materiale flessibile con un processo chiamato rivestimento roll to roll. Questo processo è stato utilizzato dagli anni '80 per realizzare componenti per pannelli solari.

Sfide rimanenti

Nessuno è ancora pronto a portare le reti di nanofili metallici nel mercato degli smartphone. Argento e rame si corrodono quando sono esposti all'aria; ricercatori tra cui il mio gruppo di laboratorio e molti altri stanno cercando di trovare modi per rivestirli con polimeri conduttivi o anche altri metalli, per proteggerli dall'aria senza sacrificare la trasparenza o la conduttività.

E un'altra sfida che rimane è come incorporare nanofili metallici tra fogli di plastica flessibili. Ma un giorno, forse non molto tempo da adesso, saremo in grado di schierare tutta questa ricerca nella creazione di dispositivi completamente funzionanti utilizzando reti di nanofili metallici.

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.