p Dispositivos eletrônicos com telas sensíveis ao toque são onipresentes, e uma peça-chave da tecnologia os torna possíveis:condutores transparentes. Contudo, o custo e as limitações físicas do material de que esses condutores são geralmente feitos estão impedindo o progresso em direção aos dispositivos de tela sensível ao toque flexíveis. p Felizmente, uma colaboração de pesquisa entre a Universidade da Pensilvânia e a Universidade Duke mostrou uma nova maneira de projetar condutores transparentes usando nanofios de metal que podem permitir telas sensíveis ao toque menos caras e flexíveis.

p A pesquisa foi realizada pela pós-graduanda Rose Mutiso, Michelle Sherrott e professora Karen Winey, todos do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Penn. Eles colaboraram com o estudante de graduação Aaron Rathmell, e o professor Benjamin Wiley, do Departamento de Química da Duke.

p Seu estudo foi publicado na revista ACS Nano .

p O material padrão da indústria atual para fazer condutores transparentes é o óxido de índio e estanho, ou ITO, que é depositado como duas camadas finas em cada lado de um filme separador. Contato, na forma de um dedo ou uma caneta, altera a resistência elétrica entre as duas camadas ITO o suficiente para que o dispositivo possa registrar onde o usuário está tocando. Embora este material tenha um bom desempenho, suas desvantagens levaram pesquisadores industriais e acadêmicos a buscar alternativas.

p "Existem dois problemas com o ITO; o índio é relativamente raro, portanto, seu custo e disponibilidade são erráticos, e, mais importante para dispositivos flexíveis, é frágil, "Disse Winey." Gostaríamos de fazer telas sensíveis ao toque que usem uma rede de finas, nanofios flexíveis, mas prever e otimizar as propriedades dessas redes em nanoescala tem sido um desafio. "

p Nanofios de metal são cada vez mais baratos para fazer e depositar; eles estão suspensos em um líquido e podem ser facilmente pintados ou pulverizados sobre um substrato flexível ou rígido, em vez de crescer no vácuo, como é o caso do ITO. O desafio vem do fato de que esse processo forma uma rede aleatória, em vez de uma camada uniforme como ITO.

p A qualidade geral de uma folha uniforme neste contexto depende de apenas dois parâmetros, ambos podem ser derivados de forma confiável das propriedades do material a granel:sua transparência, que deve ser alto, e sua resistência elétrica geral, que deve ser baixo. Para determinar as propriedades elétricas de uma rede de nanofios, Contudo, é preciso saber o comprimento e o diâmetro dos nanofios, a área que cobrem e uma propriedade conhecida como resistência de contato, que é a quantidade de resistência que resulta dos elétrons viajando de um fio para outro. Os detalhes de como esses quatro parâmetros independentes impactam as propriedades elétricas e ópticas das redes de nanofios não são claros.

p "O que isso significa é que as pessoas sintetizarão nanofios, depositá-los em uma rede, medir a resistência elétrica geral e as propriedades ópticas da rede e, em seguida, reivindicar a vitória quando obtiver uma boa, "Disse Winey." O problema é que eles não sabem por que os bons são bons, e, pior, eles não sabem necessariamente por que os ruins são ruins. "

p Por exemplo, baixa resistência geral pode ser o resultado de um método de síntese particular que produziu alguns nanofios inesperadamente longos, ou um método de processamento que reduziu a resistência de contato entre os nanofios. Sem uma forma de isolar esses fatores, os pesquisadores não podem determinar qual combinação de parâmetros terá mais sucesso.

p O grupo de Winey trabalhou anteriormente na simulação de redes de nanofios em nanocompósitos tridimensionais, particularmente o número de nanofios necessários para garantir que haja um caminho conectado de uma extremidade do sistema à outra. Duke's Wiley tomou nota deste trabalho e contatou Winey, perguntando se ela estaria interessada em desenvolver simulações bidimensionais que pudessem ser aplicadas a dados de redes de nanofios de prata que seu grupo havia fabricado.

p Com o grupo de Wiley capaz de fornecer o comprimento do nanofio, diâmetro e fração de área de suas redes, A equipe de Winey conseguiu usar a simulação para retroceder a partir da resistência elétrica geral da rede para descobrir a evasiva resistência de contato. Métodos alternativos para encontrar a resistência de contato são trabalhosos e incompatíveis com os métodos de processamento de rede típicos.

p "Assim que tivermos resistências de contato confiáveis ​​e relevantes, podemos começar a perguntar como podemos melhorar a resistência geral da folha, alterando as outras variáveis, "Disse Mutiso." Ao brincar com esta simulação, podemos ver o quão melhor nossas redes ficam quando aumentamos o comprimento dos nanofios, por exemplo."

p A simulação da equipe da Penn fornece mais evidências para o papel de cada variável no desempenho geral da rede, ajudando os pesquisadores a encontrar o equilíbrio certo de características para aplicações específicas. Aumentando a área de cobertura dos nanofios, por exemplo, sempre diminui a resistência elétrica geral, mas também diminui a transparência óptica; à medida que mais e mais nanofios são empilhados nas redes, aparecem em cinza, em vez de transparente.

p "Para aplicações específicas e diferentes tipos de nanofios, a fração de área ideal será diferente, "Winey disse." Esta simulação nos mostra quantos nanofios precisamos aplicar para chegar à zona Cachinhos Dourados, onde você obtém a melhor combinação de transparência e resistência. "

p Futuras colaborações entre a equipe de Winey na Penn e o grupo Wiley na Duke usarão esta simulação para testar o efeito de diferentes técnicas de processamento em nanofios, identificar o efeito que vários métodos de processamento pós-deposição têm na resistência de contato e, finalmente, na resistência geral da folha.

p "Agora podemos fazer comparações racionais entre fios diferentes, bem como diferentes métodos de processamento para diferentes fios, para encontrar a menor resistência de contato independente do comprimento do nanofio, diâmetro e fração de área, "Winey disse." Agora que sabemos onde estão todas as alavancas, podemos começar a ajustá-los um de cada vez. "

p Na próxima geração de estudos de modelagem, a equipe da Penn irá considerar vários parâmetros adicionais que influenciam o desempenho das redes de nanofios para condutores transparentes, incluindo orientação de nanofios, para imitar redes de nanofios produzidas por vários métodos de deposição contínua, bem como o grau em que os nanofios individuais variam em comprimento ou diâmetro.