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5月5日,《Nature Communications(自然通讯)》公布了一项新发明:Minnesota大学的一支研究队伍,发明了一种新型纳米级薄膜材料。在同类材料中,它的导电率最高。我们有望用这种新材料制作体积更小、运行更快、性能更高的电子产品和太阳能电池。
研究人员们说,这种具有高导电性的独特新材料,能用来制作电量更大,性能更强的电子产品。 但同时它还有宽带隙,也就是说光线可以轻易透过材料,使其在光学上透明。 而通常,宽带隙材料要么导电性低,要么透明度差。
该项目的首席研究员,Minnesota大学化学工程与材料科学教授,Bharat Jalan说:“这种有高导电性和宽带隙的材料,用来做光学导电薄膜真是再理想不过了。这种导电膜可以广泛应用在需要透光的各种电子设备上(包括高功率电子器件、电子显示屏、触摸屏和太阳能电池)”
目前,电子设备上的透光导体,几乎都要用到化学元素“铟”。 而近几年,铟的价格暴涨,现有显示技术下的生产成本,因此增加了不少。 业界为此一直在做巨大的努力,希望找到一种性能不比铟基透光导体差的廉价替代品。
在该项目中,研究人员发明了一个解决方法。他们用一种新的合成方法,发明了一种新的透光导电薄膜:用BaSnO3(BaSnO3,称为锡酸钡)来做薄膜层,但是用锡的化学前体作为元素锡的来源。因为锡的化学前体具有独特的自由基,能增强化学反应,大大改善了金属氧化物的合成过程。最重要的是,钡和锡来源丰富,而且都比铟便宜得多。
这篇论文的第一作者,Minnesota大学化学工程与材料科学的研究生,Abhinav Prakash说:“我们是第一次用锡的化学前体来试验,而这种非常规方法的工作效果却好到让我们吃惊。虽然这风险大,但对我们却是一个巨大突破。”
Jalan和Prakash表示,通过新的合成工艺来生产这种材料,他们能控制材料的厚度,成分和缺陷的浓度,这是前所未有的进步。这种工艺还具有重复性和伸展性。对含氧化性差的元素的其他材料制备体系,这种新的合成手段也非常适用。
他们接着补充道,改进缺陷浓度能优化该材料的结构,这使他们发现了它的高导电性。他们说,下一步将继续减少原子尺度上的缺陷。
Jalan说,“尽管同类材料中,这种材料的导电率最高,但是若是能探明材料在缺陷浓度改变后的变化机理,这种材料还会有巨大的提升空间。而接下来我们就打算做这件事。”