Ein Team von Forschern, angeführt von der University of Minnesota, haben ein neues Nano-Scale-Dünnfilm-Material mit der höchsten Leitfähigkeit in seiner Klasse entdeckt. Das neue Material könnte zu einer kleineren, schnelleren und leistungsstärkeren Elektronik sowie zu effizienteren Solarzellen führen.
Die Entdeckung wird in Nature Communications veröffentlicht, einer Open Access Journal, die qualitativ hochwertige Forschung aus allen Bereichen der Naturwissenschaften veröffentlicht.
Forscher sagen, dass das, was dieses neue Material so einzigartig macht, dass es eine hohe Leitfähigkeit hat, die Elektronik hilft, mehr Strom zu leiten und mächtiger zu werden. Aber das Material hat auch eine breite Bandlücke, was bedeutet, dass Licht leicht durch das Material gehen kann, das es optisch transparent macht. In den meisten Fällen haben Materialien mit breiter Bandlücke in der Regel entweder eine geringe Leitfähigkeit oder eine schlechte Transparenz.
"Die hohe Leitfähigkeit und die breite Bandlücke machen dies zu einem idealen Material für optisch transparente leitfähige Folien, die in einer Vielzahl von elektronischen Geräten eingesetzt werden können, darunter Hochleistungs-Elektronik, elektronische Displays, Touchscreens und sogar Solarzellen, in denen Licht durchlaufen muss Das Gerät ", sagte Bharat Jalan, eine University of Minnesota Chemie-Engineering und Materialwissenschaft Professor und der Lead-Forscher auf der Studie.
Derzeit verwenden die meisten der transparenten Leiter in unserer Elektronik ein chemisches Element namens Indium. Der Preis von Indium ist in den vergangenen Jahren enorm gestiegen, was die Kosten der aktuellen Display-Technologie deutlich erhöht. Infolgedessen hat es enorme Anstrengungen gegeben, alternative Materialien zu finden, die ebenso gut funktionieren, oder sogar besser als Indium-basierte transparente Leiter.
In dieser Studie fanden Forscher eine Lösung. Sie entwickelten einen neuen transparenten leitenden Dünnfilm unter Verwendung eines neuartigen Syntheseverfahrens, bei dem sie einen BaSnO3-Dünnfilm (eine Kombination aus Barium, Zinn und Sauerstoff, Bariumstannat) wuchsen, sondern eine elementare Zinnquelle mit einem chemischen Vorläufer von Zinn ersetzten. Der chemische Vorläufer von Zinn hat einzigartige, radikale Eigenschaften, die die chemische Reaktivität verstärkten und den Metalloxidbildungsprozess stark verbesserten. Sowohl Barium als auch Zinn sind deutlich günstiger als Indium und sind reichlich vorhanden.
"Wir waren ziemlich überrascht, wie gut diese unkonventionelle Ansatz arbeitete das allererste Mal benutzten wir die Zinn chemischen Vorläufer", sagte University of Minnesota Chemie-Engineering und Materialwissenschaft Absolvent Student Abhinav Prakash, der erste Autor der Zeitung. "Es war ein großes Risiko, aber es war ein großer Durchbruch für uns."
Jalan und Prakash sagten, dass dieses neue Verfahren es ihnen erlaubte, dieses Material mit einer beispiellosen Kontrolle über Dicke, Zusammensetzung und Defektkonzentration zu schaffen, und dass dieser Prozess für eine Anzahl anderer Materialsysteme, in denen das Element schwer zu oxidieren ist, sehr gut geeignet ist. Der neue Prozess ist auch reproduzierbar und skalierbar.
Sie fügten hinzu, dass es die strukturell überlegene Qualität mit einer verbesserten Defektkonzentration war, die es ihnen erlaubte, eine hohe Leitfähigkeit im Material zu entdecken. Sie sagten, der nächste Schritt sei, die Defekte im atomaren Maßstab weiter zu reduzieren.
"Auch wenn dieses Material die höchste Leitfähigkeit innerhalb der gleichen Materialklasse hat, gibt es viel Raum für Verbesserungen zusätzlich zu dem herausragenden Potenzial, neue Physik zu entdecken, wenn wir die Defekte verringern. Das ist unser nächstes Ziel", sagte Jalan.
