Gli elettrodi trasparenti sono un componente fondamentale delle celle solari e dei display elettronici. Per raccogliere elettricità in una cella solare o iniettare elettricità per un display, hai bisogno di un contatto conduttivo, come un metallo, ma devi anche essere in grado di far entrare la luce (per le celle solari) o fuori (per i display).

Il metallo è opaco, quindi le tecniche attuali utilizzano ossidi metallici, il più delle volte l'ossido di indio e stagno, un metallo delle terre rare quasi critico, come contatto conduttivo. Poiché le scorte di questo metallo delle terre rare sono limitate, I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) si sono rivolti a reti di nanofili metallici ordinate che forniscono un'elevata trasmissività (a causa dei piccoli diametri dei nanofili), elevata connettività elettrica (a causa dei numerosi punti di contatto nella maglia) e utilizzo di elementi più comuni. La ricerca appare sulla rivista Materia morbida .

Gli array di nanofili hanno anche applicazioni per metamateriali ottici, materiali compositi solitamente costituiti da metalli e dielettrici, che hanno proprietà ottiche uniche che non si trovano in natura. Per esempio, tutti i materiali naturali hanno un indice di rifrazione positivo. Ma i metamateriali possono essere progettati per avere un indice di rifrazione negativo, il che significa che la luce che passa attraverso questo materiale andrebbe nella direzione opposta a quella che si vedrebbe normalmente, e può creare strutture come dispositivi di occultamento e lenti perfette.

Poiché la struttura dei metamateriali ottici deve essere inferiore alla lunghezza d'onda alla quale funzionano, la fabbricazione di metamateriali ottici operanti a lunghezze d'onda visibili richiede caratteristiche dell'ordine di 100 nanometri o inferiori.

"Abbiamo dimostrato un metodo scalabile per creare reti e reti di nanofili metallici su aree di centimetri quadrati con dimensioni e geometrie regolabili al di sotto dei 100 nanometri, " ha detto la scienziata dei materiali LLNL Anna Hiszpanski, ricercatore principale del progetto. "Siamo stati in grado di raggiungere dimensioni comparabili o più piccole di quelle che le tradizionali tecniche di nanofabbricazione possono produrre e farlo su un'area significativamente più ampia rilevante per le applicazioni del mondo reale".

Per applicazioni con elettrodi trasparenti, avere reti di nanofili metallici così piccole è importante perché il loro diametro di dimensioni nanometriche consente il passaggio di più luce mentre la natura ordinata delle matrici/maglie aumenta il numero di contatti elettrici tra i nanofili, aumentando la conduttività.

"Ordinare nanofili per aumentare il numero di interconnessioni elettriche tra i fili è altamente desiderabile ma difficile da fare, " ha detto Hiszpanski. " Basandosi sul comportamento di autoassemblaggio dei copolimeri a blocchi che altri gruppi hanno dimostrato, abbiamo affrontato questa sfida e creato reti di nanofili metallici ordinate. L'approccio dal basso verso l'alto molto semplice che abbiamo usato per fabbricare queste maglie ordinate di nanofili è intrinsecamente scalabile per aree rilevanti per il dispositivo".

Un'area di dimensione del campione comune che utilizza queste tecniche di nanofabbricazione tradizionali per i metamateriali è di 100 micron (quadrato), ma il team è stato in grado di creare nanopattern con aree più di un centimetro (quadrato), aree più grandi di sei ordini di grandezza.

"Per iniziare a utilizzare questi metamateriali oltre il laboratorio e nelle applicazioni, la fabbricazione su aree più grandi è una necessità, " ha detto lo scienziato dei materiali LLNL Yong Han, un coautore del documento.

Il prossimo passo è aumentare la conduttività della rete di nanofili metallici.