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研究人员已经展示了一种基于纳米银的新型透明导电电极膜的大规模制造。智能手机触摸屏和平板电视使用透明电极来检测触摸并快速切换每个像素的颜色。由于银比现在用于制造这些电极的材料脆性小，耐化学性强，所以这种新型薄膜可以提供高性能和长寿命，适用于柔性屏幕和电子设备。银基薄膜还可以使柔性太阳能电池安装在窗户，屋顶甚至个人设备上。
在“Optical Materials Express”杂志（文章：“大型纳米结构贵金属薄膜的透明导电电极”）中，研究人员报告了在直径10cm的玻璃圆片上制造透明导电薄膜。基于与实验测量结果相吻合的理论估算，他们计算出，薄膜电极的性能明显优于现有的柔性显示器和触摸屏的性能。
研究人员使用了名为“胶体光刻”的方法来创建银纳米图案，该图案在透过孔洞的同时传导电力。新的透明电极薄膜可用于太阳能电池以及柔性显示器和触摸屏领域。 图片来源：南丹麦大学的Jes Linnet提供
该论文的第一作者，来自南丹麦大学的Jes Linnet说：“我们用于制造这种透明导电电极膜的方法具有高度的可重复性，并且在透明性和导电性之间进行了可调节的权衡，从而形成了一种化学稳定的构型。这意味着如果器件需要更高的透明度而导电率较低，则可以通过改变薄膜厚度来制作符合需求的薄膜。”
可供选择的多种制造材料
今天的大多数透明电极都是由氧化铟锡（ITO）制成的，它可以表现出高达92％的透明度，其透明度可与玻璃相媲美。虽然ITO薄膜高度透明，但ITO薄膜必须仔细加工才能达到可重复的性能，并且由于其太脆而不能用于柔性电子设备或显示器中。由于这些缺点，研究人员正在寻求ITO的替代品。
贵金属（如金，银和铂）的抗腐蚀性使其成为有希望的ITO替代品，可用于制造可与柔性基材一起使用的耐用耐化学电极。然而，迄今为止，贵金属透明导电薄膜已经具有高的表面粗糙度，这会发生膜与其他层之间的界面不平坦的情况，从而降低性能。
该扫描电子显微镜图像显示了沉积在塑料纳米颗粒上的银薄膜。溶解颗粒会留下精确的蜂窝状孔洞图案，允许光线通过，从而产生了具有导电性能且光学透明的薄膜。
透明导电膜也可以使用碳纳米管制成，但是这些薄膜目前对于所有应用来讲都不具备足够高的电导率，并且由于纳米管彼此堆叠，也容易受到表面粗糙度的影响。
在这项新的研究中，研究人员使用了一种名为“胶体光刻”的方法来制造透明导电银薄膜。他们首先通过用单层均匀大小的密排塑料纳米颗粒涂覆10cm的晶片来创建掩模层或模板。研究人员将这些涂有涂层的晶片放入等离子烘箱中，以均匀收缩所有颗粒的尺寸。当它们在掩模层上沉积一层银薄膜时，银进入颗粒之间的空间。然后他们溶解颗粒，留下了精确的蜂窝状孔洞图案，允许光线通过，从而产生了具有导电性能且光学透明的薄膜。
平衡透明度和导电性
研究人员证明，他们的大规模制造方法可用于制造透明度高达80％的银透明电极，同时将薄膜的电阻保持在每平方10Ω以下，约为基于具有同等透明度的碳纳米管膜报道的数值的十分之一。电阻越低，电极在传导电荷时就越好。
研究人员使用胶体光刻技术来制造透明导电薄膜。（a）制造过程的示意图。（b）银沉积后的单个纳米孔沉积并溶解塑料颗粒。比例尺：200nm。（c）沉积的银薄膜在均匀颗粒单层上的低倍显微照片，显示出大规模制造的可行性。比例尺：50μm。（d）旋涂后在基底上的单层微粒和在等离子烘箱中短时间（60秒）后：比例尺：2μm。 （e）在等离子烘箱中长时间（3分钟）后的颗粒单层，表明即使在显著减小尺寸之后原始颗粒位置仍然被保留。比例尺：10μm。
Linnet说：“我们工作中最新颖的一点是，我们利用与测量结果有很好的相关性的理论分析来考虑这种薄膜的传输特性和电导特性。制造问题通常会使新材料难以获得最佳的理论性能。我们决定报告我们在实验中遇到的情况，并假设补救措施，以便将来其他科学家可以使用这些信息来避免或减少可能影响性能的情况。”
研究人员表示，他们的研究结果表明，胶体光刻技术可用于制造化学稳定的透明导电薄膜，这种透明导电薄膜可用于各种应用中。
