Amerykański koncern 3M – twórca produktów w wielu branżach, m.in. tworzyw sztucznych, materiałów ściernych, elektronicznej, farmaceutycznej i chemicznej we współpracy z Cambrios Technologies zaprezentował nową linię czułych ekranów dotykowych opartych na warstwach z nanodrutów srebra. Konstrukcja ma zastąpić tradycyjne wyświetlacze budowane z drogich i kruchych tlenków indu i cyny – ITO (z ang. indium tin oxide). To odpowiedź na rosnące zapotrzebowanie na ekrany dotykowe w urządzeniach takich jak tablety, laptopy, monitory oraz komputery all-in-one (AIO) oraz zapowiedź “zwijanej” elektroniki.
Srebro jest metalem szlachetnym z rodziny miedziowców, posiadającym szereg ciekawych właściwości. Wysokie przewodnictwo cieplne oraz elektryczne, największy współczynnik odbicia światła wśród metali oraz własności bakteriobójcze w skali nano to tylko niektóre z nich. Nanomateriały ze srebra, dzięki swojej konstrukcji mogą być wykorzystywane w w wielu dziedzinach, m.in. optoelektronice, elektronice i biotechnologii. Opracowane przez firmę Cambrios nanodruty mają kilka nanometrów średnicy i kilka mikrometrów długości. Drobiny przetrzymywane są w zawiesinie co ułatwia ich aplikowanie. Roztwór wyglądem przypomina zwykły atrament stosowany w drukarkach. Rozprowadzanie “tuszu” za pomocą powlekania wirowego wpływa na losowe ułożenie nanodrutów na powierzchni, co zapobiega powstawaniu wzorów, które są irytującym problemem dla użytkowników posiadających ekrany dotykowe zbudowane z metalowej siatki. Kierujący procesem osadzania może swobodnie sterować gęstością rozkładu powłoki, co przekłada się na zakres rezystancji od 45 do 100 Ohm/sq (omów na kwadrat), zapewniający szybki czas reakcji. Maksymalna zanotowana oporność podana przez firmę Cambrios wynosiła 300 ohmów na kwadrat. Powstałe warstwy to w większości puste, transparentne miejsca (docelowa przepuszczalność na poziomie >89%), lecz nawet niewielki procent pokrycia powierzchni gwarantuje dobre przewodzenie. Producent zapewnia, że elektrody wykonane z nanodrutów srebra są bardziej przejrzyste i efektywniejsze w transporcie ładunków elektrycznych niż powszechnie stosowane odpowiedniki. Deklaruje również, że materiał wytrzyma ponad 100 000 cykli zwijania i rozwijania bez żadnych uszkodzeń.
Warstwy z nanodrutów srebra, w przeciwieństwie do produkowanych obecnie twardych i kruchych powłok dotykowych z tlenków metali ITO można nanosić na elastyczne polimerowe podłoża zamiast na szkło (np. na PET wykorzystywany do produkcji butelek). Umożliwia to dużo niższa temperatura osadzania powłok (poniżej 120°C). Materiały przewodzące z tlenków indu i cyny ograniczają również rozmiar urządzeń, gdyż sygnał elektryczny podróżujący za dotykiem musi dostać się do czujnika na krawędzi ekranu. Gdy ładunek znajduje się za daleko, panel słabnie, a użytkownik zauważa, że ekran nie jest wystarczająco czuły. Aby zwiększyć przewodność powłoki, producenci stałego roztworu Z2O3 i SnO2 nanoszą grubsze warstwy wpływające na zwiększenie sygnału. Niestety, metoda ta sprawia, że wyświetlacze stają mniej przejrzyste. Producent nanodrutów zapowiada, że możliwe będzie wytwarzanie ekranów nie tylko dla smartfonów i tabletów, ale także dużych telewizorów (o przekątnej większej niż 46″). Nanodrobiny będzie można stosować na zaokrąglonych i zakrzywionych powierzchniach oraz na tradycyjnych, płaskich, sztywnych ekranach. Wyświetlacze budowane na polimerowych podłożach powinny być cieńsze i lżejsze od ich szklanych poprzedników.
3M nie jest pierwszą firmą, która będzie sprzedawać ekrany dotykowe, na bazie roztworów srebra firmy Cambrios. W październiku 2012 roku ogłoszono, że podobne “tusze” stosowane były w niektórych komputerach LG z serii All-in-one oraz w telefonach komórkowych i tabletach wykonanych przez japoński NEC i chiński Huawei. W przyszłości materiały mogą zostać również wykorzystane do budowy e-papieru, oświetlenia OLED oraz paneli w fotowoltaicznych. Zagadką pozostaje cena, która może nie być niska, ze względu na przynależność srebra do grupy drogich metali.
Źródło:
[1] http://www.technologyreview.com/news/523221/nanomaterials-could-enable-large-flexible-touch-screens/ [10.01.2014]
[2] http://www.cambrios.com/sites/all/themes/cambrios/images/ClearOhmInkDataSheet2011.pdf [10.01.2014]
[3] http://www.cambrios.com/technology [10.01.2014]
[4] http://news.3m.com/press-release/company/3m-and-cambrios-collaborate-produce-flexible-silver-nanowire-film-touch-screen [10.01.2014]
[5] UltraHD 4K curved OLED from Panasonic by AskDaveTaylor. flickr.com, CC BY 2.0