Elektrisch geleidend plastic

De studie is gepubliceerd in Nature Communications.

De onderzoekers bieden handvatten om andere onderzoekers te helpen de beste balans te vinden tussen geleidbaarheid en transparantie door het creëren van een drielaags anti-reflecterend oppervlak. De geleidende metaallaag is ingeklemd tussen twee diëlektrische materialen die het licht gemakkelijk doorlaten. De materialen verminderen de reflectie van zowel het plastic als de metalen laag ertussen.

"We hebben een manier ontwikkeld om coatings te maken met een hoge transparantie en geleidbaarheid, lage nevel, uitstekende flexibiliteit, gemakkelijke fabricage en grote compatibiliteit met verschillende oppervlakken," zei onderzoeksleider Jay Guo.

Eerder had Guo’s team laten zien dat het mogelijk was om een laagje metaal toe te voegen aan een plastic plaat om deze geleidend te maken – een zeer dunne laag zilver die op zichzelf al de lichttransmissie met ongeveer tien procent verminderde. De lichttransmissie door kunststof is iets lager dan door glas, maar de transparantie ervan kan worden verbeterd met anti-reflectiecoatings. Guo en  collega Dong Liu realiseerden zich dat ze een anti-reflectielaag konden maken die ook geleidend was.

"Het werd als vanzelfsprekend beschouwd dat de overbrenging van de geleider lager is dan die van het substraat, maar we laten zien dat dit niet het geval is", zegt  auteur Chengang Ji. De diëlektrica die het team in dit geval heeft gekozen zijn aluminiumoxide en zinkoxide. Aan de kant die het dichtst bij de lichtbron ligt, reflecteert het aluminiumoxide minder licht terug naar de bron dan het plastic oppervlak. Dan komt de metaallaag, die bestaat uit zilver met een kleine hoeveelheid koper erin, slechts 6,5 nanometer dik, en dan helpt het zinkoxide het licht naar het plastic oppervlak te leiden. Wat licht wordt nog steeds teruggekaatst waar het plastic de lucht aan de andere kant ontmoet, maar over het geheel genomen is de lichttransmissie beter dan het plastic alleen. De lichtdoorlatendheid is 88,4 procent, tegenover 88,1 procent voor het plastic alleen.

Met de theoretische resultaten verwacht het team dat andere onderzoekers in staat zullen zijn om vergelijkbare flexibele, zeer transparante geleiders in sandwich-stijl te ontwerpen, die nog meer licht doorlaten dan het plastic alleen. "We vertellen mensen hoe transparant een diëlektrische-metaal-elektrische geleider zou kunnen zijn, voor een doel-elektrische geleiding. Wij vertellen hen ook hoe zij deze hoge overbrenging stapsgewijs kunnen bereiken," zei Liu. "Het is de truc om de juiste diëlektrica te selecteren en dan de juiste dikte voor elk uit te zoeken om de weerspiegeling van het dunne metaal te onderdrukken. In het algemeen, zou het materiaal tussen het plastiek en het metaal een hogere brekingsindex moeten hebben, terwijl het materiaal het dichtst bij de vertoning of de lichtbron een lagere brekingsindex zou moeten hebben."

Guo blijft de technologie verder ontwikkelen en werkt aan een project dat gebruik maakt van transparante geleiders in zonnecellen voor montage op ramen. Deze zouden infrarood licht kunnen absorberen en omzetten in elektriciteit, terwijl het zichtbare spectrum wordt verlaten om de ruimte op te vrolijken. Hij stelt ook grote interactieve panelen en autoruiten voor die ijs kunnen smelten zoals de achterruiten dat kunnen.