Индий — один из самых редких металлов на Земле, но он является ключевым компонентом вездесущих электронных устройств. Теперь инженеры продемонстрировали способ замены индия на графен, чтобы создавать устройства с точно такими же электронными свойствами.
Тонкие пленки Оксида индия-олова (англ. Indium tin oxide или сокращённо ITO) обладают высокой электропроводностью и светопроницаемостью, что делает их идеальными для различных технологий отображения, включая LCD-экраны, OLED-дислеи, электронную бумагу (E-ink) и сенсорные экраны (Touchscreen), а также для светодиодного освещения, стеклянных покрытий и солнечных элементов.
Проблема в том, что индий не совсем распространен. Хотя технически индий более распространен, чем такие вещи, как золото и серебро, он редко встречается в виде элемента в земной коре, поэтому его приходится извлекать как побочный продукт руд, добываемых для получения других металлов, обычно цинка. Таким образом, он фигурирует в списках критически важных сырьевых материалов в Европе, США, Австралии и Японии.
Поэтому неудивительно, что ученые ищут более распространенные альтернативы. Предыдущая работа нашла перспективных кандидатов в виде углеродных нанотрубок, медных нанопроволок или новых стеклообразных полимеров. В новом исследовании, исследователи из компании Paragraf и Лондонского университета королевы Марии, возможно, нашли его в виде всеми любимого чудо-материала — графена.
Состоящий из листа углерода толщиной всего в один атом, графен демонстрирует множество полезных электронных и оптических свойств, и, конечно же, помогает то, что углерод является одним из самых распространенных элементов на Земле.
Исследователи начали с нанесения слоя графена на прозрачную подложку, используя метод, называемый Осаждение металлорганических соединений из газообразной фазы (англ. Metalorganic chemical vapour deposition). Графен легируют азотной кислотой, чтобы повысить его проводимость, а затем вытравливают лазером определенный рисунок, чтобы сделать его анодом. По словам команды, получившееся OLED-устройство на основе графена работает так же хорошо, как и уже долго использующиеся устройства на основе оксида индия и олова.
В то время как другие исследования показали, как графен можно использовать в качестве замены индия, полученные устройства не были такими эффективными и проводящими, как оригинал. Команда говорит, что ключевой проблемой является то, что графен обычно наносится на металлический катализатор с использованием другого метода осаждения, а затем переносится на прозрачную подложку, но этот дополнительный шаг может привести к примесям, которые влияют на производительность.
«Из-за его важности и дефицита было предпринято много попыток заменить ITO, но до сих пор не было найдено ни одного материала, который имел бы сопоставимые характеристики в электронном или оптическом устройстве», — говорит профессор Колин Хамфрис, соавтор исследования. «Наша статья — первая в мире статья, демонстрирующая, что графен может заменить ITO в электронном/оптическом устройстве. Мы показали, что графеновый OLED имеет такие же характеристики, как и ITO-OLED».
Но еще предстоит решить некоторые кусочки головоломки, прежде чем так называемый чудо-материал сможет стать серебряной пулей, на которую надеются ученые. Несмотря на дефицит, индий по-прежнему относительно дешев, в то время как массовое производство графена обходится дорого. Однако этот экономический ландшафт меняется: такие компании, как Paragraf, разрабатывают методы производства графена в больших масштабах по более низкой цене.
Исследование было опубликовано в журнале Advanced Optical Materials.
Источник: Queen Mary University of London.
