Nanokobber i myke skjermer

Nanotråder av kobber kan revolusjonere masseproduksjonen av myke, papirlignende skjermer og solceller.

Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.

Forskere fra Duke University i North Carolina har klart å framstille nanotråder (“nanowires”) av kobber. Kobber er tusen ganger mer vanlig i naturen enn metallet indium, som i dag brukes i indiumtinnoksyd (ITO) i blant annet flatskjermer og enkelte solcellepaneler.

Kolbe der det dyrkes nanotråder av kobber ved 80 grader Celsius, fotografert ca. 1 time etter at reaksjonen startet. (Foto: Benjamin J. Wiley, Duke University)
Kolbe der det dyrkes nanotråder av kobber ved 80 grader Celsius, fotografert ca. 1 time etter at reaksjonen startet. (Foto: Benjamin J. Wiley, Duke University)

Gjennomsiktig strømleder

Nanotråder av kobber har nettopp de to egenskapene som er så sjeldne, og som ITO hittil har vært nesten alene om: de er gjennomsiktige og de leder strøm.

Begge disse egenskapene trengs i for eksempel flytende krystall-skjermer (LCD), der elektrodene ligger i et gjennomsiktig lag over de flytende krystallene.

Når elektrodene får spenning, blir krystallene ugjennomsiktige, slik vi blant annet kan se det i tallene på enkle lommekalkulatorer.

Billig

Fordi kobber er så vanlig, er det også hundre ganger billigere enn indium. Prisen på indium har dessuten økt sju ganger til 4500 kroner kiloen, ifølge en artikkel i tidsskriftet MaterialViews, der resultatene presenteres.

ITO har andre svakheter enn prisen. Blant annet er stoffet mekanisk sprøtt, slik at det egner seg dårlig i framtidas bøyelige dataskjermer eller elektronisk papir.

Andre stoffer har vært forsøkt som erstatning. Nanotråder av sølv kan brukes, men er like dyre som ITO, ifølge artikkelen.

Mikroskopiene viser nanotråder av kobber (til venstre) og sølv (til høyre). Kobbertrådene hadde en tendens til å klumpe seg sammen, som bildet viser, men forskerne håper å kunne spre det jevnere på plastfilmen for å øke ledningsevnen. (Foto: Benjamin J. Wiley, Duke University)
Mikroskopiene viser nanotråder av kobber (til venstre) og sølv (til høyre). Kobbertrådene hadde en tendens til å klumpe seg sammen, som bildet viser, men forskerne håper å kunne spre det jevnere på plastfilmen for å øke ledningsevnen. (Foto: Benjamin J. Wiley, Duke University)

Bøyelig

Forskerne ved Wiley Research Group på Duke har dyrket nanotrådene ut fra kuleformede “frø” av kobber i en vannløsning. Det er første gang nanotråder er framstilt i krystallvekst på denne måten, heter det i en nyhetsmelding fra nettstedet ScienceDaily.

Forsøkene viser at nanotrådene kan avsettes på tynne plastfilmer, som kan brukes i elektrodene på bøyelige flatskjermer. Etter å ha vært bøyd tusen ganger, hadde ikke ledningsevnen endret seg, heter det i nyhetsmeldingen fra Duke.

Til venstre: Elektronmikroskopi av nanostaver som vokser ut fra kobberpartikkel, tre og et halvt minutt etter at prosessen er startet. Til høyre: Etter 20 minutter hadde nanostavene vokst i lengde. (Foto: Benjamin J. Wiley, Duke University)
Til venstre: Elektronmikroskopi av nanostaver som vokser ut fra kobberpartikkel, tre og et halvt minutt etter at prosessen er startet. Til høyre: Etter 20 minutter hadde nanostavene vokst i lengde. (Foto: Benjamin J. Wiley, Duke University)

Også tynne, bøyelige solcellepaneler av plastfilm kan dra nytte av nanotrådene. Siden de er gjennomsiktige, slipper de sollyset igjennom, men fanger likevel opp spenningen fra den fotoelektriske effekten.

Slike bøyelige, billige solcellepaneler kan tas i bruk på mange flere steder enn i dag, for eksempel på tak eller foran vinduer. Men disse solcellene har hittil vært forholdsvis mindre effektive enn vanlige solceller av silisium.

Klumper seg

Forskerne har likevel hatt enkelte problemer med nanotrådene av kobber. De har ledet elektrisk strøm litt dårligere enn tilsvarende nanotråder av sølv.

Årsaken er at de har klumpet seg sammen.

Forskerne forsøker nå å løse problemet ved å spre nanotrådene jevnere ut over plastfilmen, heter det i artikkelen.

Mikroskopiene viser nanotråder av kobber (til venstre) og sølv (til høyre). Kobbertrådene hadde en tendens til å klumpe seg sammen, som bildet viser, men forskerne håper å kunne spre det jevnere på plastfilmen for å øke ledningsevnen. (Foto: Benjamin J. Wiley, Duke University)
Mikroskopiene viser nanotråder av kobber (til venstre) og sølv (til høyre). Kobbertrådene hadde en tendens til å klumpe seg sammen, som bildet viser, men forskerne håper å kunne spre det jevnere på plastfilmen for å øke ledningsevnen. (Foto: Benjamin J. Wiley, Duke University)

Referanse/lenker:

Aaron R. Rathmell, Stephen M. Bergin, Yi-Lei Hua, Zhi-Yuan Li, and Benjamin J. Wiley: The Growth Mechanism of Copper Nanowires and Their Properties in Flexible, Transparent Conducting Films, Advanced Materials, 2010; DOI: 10.1002/adma.201000775

Kort melding fra Duke University

Wiley Research Group, Duke University

Powered by Labrador CMS