Un team di ricerca coreano ha sviluppato un elettrodo estensibile e trasparente su larga scala per il display estensibile. Il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha annunciato che un team di ricerca ha sviluppato una tecnologia per fabbricare un elettrodo di rete di nanofili d'argento ondulato di ampia area che è strutturalmente estensibile con un alto grado di conduttività e trasparenza. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Un team di ricerca coreano ha sviluppato un elettrodo estensibile e trasparente su larga scala da utilizzare come display estensibile. Il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha annunciato che un gruppo di ricerca, guidato dal Dr. Sang-Soo Lee e dal Dr. Jeong Gon Son presso il Centro di ricerca sugli ibridi fotoelettronici di KIST, ha sviluppato una tecnologia per fabbricare un elettrodo di rete di nanofili d'argento ondulato di ampia area (più grande di una carta di formato A4) che è strutturalmente estensibile con un alto grado di conduttività e trasparenza.
elettrodi trasparenti, attraverso il quale scorre l'elettricità, sono essenziali per i dispositivi di visualizzazione basati su celle solari e touchscreen. Un elettrodo trasparente a base di ossido di indio-stagno (ITO) è attualmente commercializzato per l'uso. L'elettrodo trasparente a base di ITO è costituito da un sottile strato di ossidi metallici che hanno un'elasticità molto bassa ed è molto fragile. Così, l'elettrodo ITO non è adatto per dispositivi flessibili e indossabili, che dovrebbero diventare rapidamente prodotti mainstream nel mercato dei dispositivi elettronici. Perciò, è necessario sviluppare un nuovo elettrodo trasparente con l'elasticità come una delle sue caratteristiche principali.
Un nanofilo d'argento ha un diametro di decine di nanometri, e il nano materiale stesso è lungo e sottile come un bastoncino. La piccola dimensione del nanofilo consente di piegarlo quando viene applicata una forza esterna. Poiché è fatto d'argento, un nanofilo d'argento ha un'eccellente conduttività elettrica e può essere utilizzato in una rete casuale di nanofili diritti per fabbricare un elettrodo altamente trasparente e flessibile. Però, nonostante il fatto che il nanofilo d'argento sia pieghevole e flessibile, non può essere utilizzato come materiale estensibile.
Il team di ricerca di KIST ha utilizzato il suo processo di nuova concezione per formare un film ondulato di rete di nanofili d'argento su un substrato delle dimensioni di un foglio A4 ed è riuscito a creare un display estensibile e trasparente delle dimensioni di una mano di un adulto. Immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) di una rete di nanofili di Ag diritta senza pretensionamento, una rete di nanofili di Ag con predeformazione del 50% senza ricottura con solvente con immagine SEM ad alto ingrandimento di punti di fessurazione nettamente piegati di fili di nanofili di Ag. Immagini SEM di reti di nanofili di Ag pre-tesa al 50% sotto ricottura con solvente con acqua. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Altri gruppi di ricerca hanno studiato elettrodi estensibili utilizzando un metodo per posizionare nanofili d'argento su substrati elastici prestirati e rilassare i substrati in modo che ritornino alla loro dimensione originale, mentre nel processo si creano strutture di nanofili d'argento ondulate o rugose con un piccolo raggio di curvatura. Però, questo metodo ha un grosso problema:i nanofili si rompono facilmente a causa dei ripetuti cicli di allungamento-rilassamento. Questo problema è stato tipicamente affrontato aumentando il numero di nanofili per creare una rete di nanofili ad alta densità in modo che possano ancora essere mantenuti abbastanza collegamenti elettrici per utilizzare gli elettrodi elastici, anche se i nanofili sono parzialmente rotti. Però, la creazione di una rete ad alta densità riduce notevolmente la trasparenza e rende molto difficile fabbricare un elettrodo altamente trasparente che può essere allungato e trasformato con trasparenza e conduttività.
Il gruppo di ricerca KIST, guidato dal Dr. Sang-Soo Lee e dal Dr. Jeong Gon Son, ha sviluppato un nuovo processo per formare una rete di nanocavi strutturalmente estensibile portando le reti di nanocavi a contatto con i solventi per superare il problema della rottura e del danneggiamento dei nanocavi quando si rilassa il substrato prestirato. Quando i solventi vengono posizionati sulle reti di nanofili, si bagnano, e c'è meno resistenza di attrito tra i singoli nanofili. In particolare, ogni nanofilo d'argento può essere lavorato in acqua e riorganizzato in una struttura curva di nanofili con un ampio raggio di curvatura, in modo da poter realizzare una struttura in grado di allungarsi stabilmente. Poiché i nanofili non subiscono condizioni instabili, non ci sono fratture della rete di nanofili o peeling dello strato di nanofili.
Fabbricando in questo modo una rete di nanofili d'argento, il team di ricerca è stato in grado di allungare il substrato e i suoi nanofili di almeno il 50% della lunghezza iniziale, mantenendo stabilmente trasparenza e conducibilità per circa 5, 000 cicli di stretching-rilassante. Il team ha anche scoperto che questo tipo di materiale potrebbe essere prodotto utilizzando un processo economico ed ecologico che utilizza etanolo e acqua come solventi.
(a-c) Immagine schematica e immagini fotografiche di un dispositivo elettroluminescente (ACEL) a corrente alternata ZnS:Cu con logo estensibile e trasparente con i nostri elettrodi elastici e trasparenti a base di nanofili Ag ondulati. (d-f) Immagine elettroluminescente di dispositivi ZnS:Cu ACEL estensibili e trasparenti sottoposti a diverse deformazioni meccaniche, inclusi (e) il 40% di allungamento e (f) torsione e rotolamento. * polidimetilsilossano (PDMS) Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
The KIST research team used its newly developed process to form a wavy silver nanowire network film on a substrate the size of an A4 paper and succeeded in creating a stretchable and transparent display the size of an adult's hand. This display maintained its constant luminescence efficiency despite the imposition of various mechanical deformations. Through testing, the team was able to prove the applicability of the new process to all displays that are transparent except for their electroluminescent layer.
Dr. Sang-Soo Lee at KIST said, "The stretchable and transparent electrodes made using wavy silver nanowire networks developed through this research have a high degree of electrical conductivity that is not changed by any deformation." KIST's Dr. Jeong Gon Son added, "Since the technology can be used for mass production, it is expected to have a great impact on markets related to wearable electronic devices, such as high-performance smart wear, and the medical equipment field."
