Koolstofnanodeeltjes en een latex van geleidend polymeer moeten samen indiumtinoxide kunnen vervangen als doorzichtige geleider in beeldschermen. En het gaat lukken voordat indium zo schaars wordt dat het niet meer te betalen is, hopen Utrechtse en Eindhovense onderzoekers.

In Nature Nanotechnology publiceerden Andriy Kyrylyuk en Paul van der Schoot (ex- TU/e, nu UU), Cor Koning (nog steeds TU/e) en collega’s zojuist een onderzoek naar de mate van elektrische geleidbaarheid die je kunt creëren door koolstofnanobuisjes te dispergeren in een (isolerende) polystyreenmatrix. Daarbij krijg je te maken met de ‘percolatiedrempel’: de buisjesconcentratie waarbij je in de hele matrix een continu netwerk krijgt van elkaar rakende buisjes. Elektronen kunnen dan al overspringend van de ene kant naar de andere komen, zodat het geheel elektrisch geleidend wordt.

Uiteraard wil je die concentratie zo laag mogelijk hebben: koolstofnanobuisjes zijn duurder dan polystyreen en als je er te veel bij doet is het materiaal niet doorzichtig meer.

In Eindhoven hebben ze nu uit experimenten, computersimulaties en percolatietheoretische berekeningen dat je met veel lagere buisjesconcentraties toe kunt wanneer je tevens een latex van een geleidend polymeer ((PEDOT:PSS oftewel poly(3,4-etheendioxythiofeen):poly(styreensulfonaat) ) toevoegt.

In het beste geval werken beide materialen zo goed samen dat het gewicht van het geleidende polymer duidelijk lager is dan dat van de buisjes die je bespaart.

De onderzoekers tekenen er wel bij aan dat je bij een ongelukkige verhouding tussen beide materialen ook het omgekeerde effect kunt krijgen. Inmiddels kunnen ze echter aardig van tevoren uitrekenen wat de goede verhouding is.

Ze hebben het uitgeprobeerd door de verschillende componenten in water te dispergeren met behulp van een oppervlakte-actieve stof, ze grondig door elkaar te mengen en er vervolgens via vriesdrogen het water uit te verwijderen. Van het resulterende poeder persten ze proefstukjes.

Voorlopig ligt de geleidbaarheid nog een factor 100 lager dan die van indiumtinoxide. Maar de onderzoekers wijzen er op dat de gebruikte kwaliteit koolstofnanobuisjes een sub-optimale mix van geleidende en halfgeleidende exemplaren was. Inmiddels is een productieproces bedacht dat 100% geleidende buisjes oplevert, en je mag verwachten dat je daar een veel beter materiaal van kunt maken.

Vergeleken met indiumtinoxide heeft deze film het grote voordeel dat hij veel minder bros is , zodat je er ook flexibele beeldschermen van moet kunnen maken. Maar de ontdekking is vooral belangrijk omdat bij het huidige verbruikstempo de laatste indiummijn over 10 jaar is uitgeput.

bron: TU/e, Nature Nanotechnology