חדשנות בטיפוחים אופטיים נוהגים עבור מכשירי מסך נגע

מכשירים למסך מגע הפכו הכרחיים בחיים המודרניים, מופיעים בסמארטפונים, טאבלטים, מחשבים ניידים, לוחות נתונים של רכב, וקוסקים אינטראקטיביים.בלב כל תצוגה מגע הוא ציפוי אופטי מוליכים - שכבה דקה, שקופה המאפשרת נפיחות קיבולית בזמן ומאפשרת אור לעבור.עבור שנים, תת-חמצני יעיל יותר (ITO) היה תקן עבור ציפויים אלה, מוערך עבור רכיבי חשמל יקרים, אך לא ניתן לבצע שקיפות גבוהה יותר, אבל אני לא זמין, ללא שקיפות גבוהה יותר.

התפלגות הרכב

החיפוש אחר חלופות ITO התגבר בעשור האחרון, מונע על ידי הביקוש לתצוגה גמישה, טלפונים מתקפלים, וייצור בנפח גבוה. 3 קטגוריות של חומרים הופיעו כמועמדים מובילים: מבנים מבוססי פחמן, ננווטים מתכתיים, ופולימרים מוליכים.כל אחד מציע יתרונות ייחודיים ומציג אתגרים ספציפיים שמטרתם מחקר מתמשך לטפל בהם.

Graphene ו- Carbon Nanotubes

Graphene, שכבה אחת של אטומי פחמן מסודרים ב Ixagonal lattice, תפסה את הדמיון של חוקרים עבור מוליכות חשמלית יוצאת דופן שלה, כוח מכני, ליד מושלם שקיפות אופטית. a מונוlayer של גרפן סופג רק כ 2.3% של אור גלוי, מה שהופך אותו מועמד מצוין עבור מוליכים חשמליים שקוף.עם זאת, עלייה בקנה מידה גדול של סרטי גרפן באיכות גבוהה נשאר מאתגר.

Silver Nanowires

ננווטים (AgNWs) הפכו לאחד החלופות הנלמדות ביותר ל- ITO. על ידי יצירת רשת של ננו-חוטים, ציפויים אלה להשיג מוליכות חשמלית מעולה (חומרי גליון נמוכים כמו 10-30 ⁇ /sq) תוך שמירה על שקיפות גבוהה (90%) בניגוד ל- ITO, סרטי ננווטים כסף הם גמישים לחלוטין - הם יכולים לעמוד מאחורי הקלעים חוזרים ללא ביצועים משמעותיים של מתכת, כולל ציפויים של זמן פנויים של חומרים אלה, כולל ציפויים של חומרים ממתכת.

פולימרים

פונקציונליות אורגנית כמו PEDOT:PSS (poly(3,4-ethyleneoxythiophene) פוליסטיילסטין sulfonate) מציעים חלופות בעלות נמוכה, פתרון חלופות מקובלות עבור ציפויים מוליכים שקוף. הם אטרקטיביים במיוחד עבור ביצועים גדולים-אי-סולם, רול-חומרי-לייצור.

היברידית ו-Comosite Coatings

שום חומר פיזיקה יחיד עדיין הוכיח מושלם עבור כל יישום. וכתוצאה מכך, החוקרים מפתחים ציפויים היברידיים המשלבים שני חומרים או יותר כדי למנף את החוזקות שלהם (דוגמאות כוללות ננווטים כסף המצופה מ- גרף גרף, רשתות מתכת מלאות PEDOT:PSS, ומבנים מרוביטרים שמשנים בין פולימרן מכונן חמצן מוליכים ומדמוצפנת מתכת דקת.

טכניקות חדשניות

יש להתאים את ההתקדמות בהרכב החומרי עם שיטות חיזוי קשקשים, גבוהות מראש. תהליכים המבוססים על ואקום מסורתיים כמו sputtering ו evaporation מבוססים היטב עבור ITO אבל הם פחות מתאימים חלופות לעיבוד פתרון מתפתח היום.טכניקות חדשות מאפשרות מהיר יותר, זול יותר, אחיד יישום של ציפויים התנהגותיים, לעתים קרובות על תת-שכבות גמישות.

רול-טו-Roll ו-פתרון עיבוד

רול-טו-roll (R2R) ייצור הוא תהליך מתמשך שבו תת-סטריט גמיש (למשל, PET, פולימידיד) הוא לא חשוף, מבול, יבש, וחזור קדימה במעבר יחיד. גישה זו מפחיתה באופן דרמטי את עלויות הייצור בהשוואה לעיבוד אצווה.R2R הוא אידיאלי ליישום ביצועים, פולימרים, מתכתי, ומתכתי באמצעות חריץ של 5%, 000 צמיגים, 000) הם פחות רגישים ל-R2R.

שכבת אטומית עבור Ultra-Thin Layers

אטומית (ALD) מאפשר גידול של סרטים תואמים, אולטרה-תיכוניים עם דיוק בקנה מידה אטומי, בעוד ALD הוא בדרך כלל איטי יותר מאשר שיטות אחרות, זה בלתי חוקי עבור מאגרי תחמוצת דק (למשל, AlFua שקוף:02FLT 1:2FLT:2FLT:2FLT 3, ZnOAl) כי הגנה על חומרים רגישים כגון:5FLD באופן משמעותי.

עקבו אחרי Touch Sensors

חיישני מגע דורשים דפוס מדויק של אזורים התנהגותיים (למשל, תבניות יהלומים, קווי רשת) photolithography מסורתיים עובד טוב אבל הוא יקר ובזבוז עבור תת-שכבות גמישות. שיטות חדשות כגון כתיבה ישירה לייזר, הדפסה דיוג'ט, הדפסה מסך מאפשר דפוס תוספת ישירות על הציפוי. nanowire ו- PEDOT: פיזורS יכול להיות מודפס בדפוסים בסדר, לחסל את הצורך עבור טכניקות עיבוד חומרים אחרים.

שיפור יכולת וגמישות

עבור ציפוי התנהגותי להצליח במוצרים בעולם האמיתי, זה חייב לעמוד בלחץ מכני (בending, קפל, שריטות) וחשיפה סביבתית (זיכרון, חום, אור UV) על חיי המכשיר.

רובוט מכני

תצוגות גמישות וטלפונים מתקפלים דורשים ציפויים שיכולים לסבול אלפי מחזורים מכווצים ללא סדקים או אובדן מוליכות. סרטי nanowire, כאשר מוטבעים כראוי במריצה פולימרית גמישה, יכולים לשרוד את הקוריני של פחות מ 1 מ"מ עבור יותר מ-100,000 מחזורים. החוקרים גם פיתחו ציפויים עצמיים-למשל, שילוב microcapsules פולטים שגורמים לתיקון התנהגותי כאשר הם עדיין מוחלים על גבי שכבות פוליקוגניות, למרות שקופות, למרות שהם עדיין מבוססים על גבי שכבות לחץ על גבי שכבות של נוגדנים או על גבי מקיפים.

יציבות סביבתית

(הופנה מהדף ⁇ ) ⁇ יכול לחמצן ננווטים כסף ויישומים מוליכים למחצה (אסטרטגיות Encapsulation) הם חיוניים: שכבות מחסום דק (למשל, AlcioFLT:02reaFLT:1OFLT:1OFLT:20303303FLT:3 באמצעות ALD, Si דרך PECVD) להגן על הסרט המוליכים באופן משמעותי.

עקבו אחרי Flexstrates

מתח לקוי יכול להוביל לדיכאון במהלך ה-bending.פתרון: טיפולים על פני השטח (plasma, כלורה) של תת-התחסין לפני הציפוי, והשימוש במקדם דבקות.לדוגמה, שכבה דקה של אלכוהול פוליוויניל (PVA) או סוכני הפיכה סילניים יכול לשפר את הרטט והחיבור של AgNWs ל- PET. Multilayers הכוללים שכבת פוליוויפטפטומטית "מסטיקה" גם כן, גם כן," מסחרי.

השפעה על אלקטרוניקה צרכנית

ההתקדמות הזו בציפויים אופטיים מוליכים מעצבת ישירות את הדור הבא של מכשירי מסך מגע.המעבר מ-ITO אפשרה דק, בהיר יותר וגמיש יותר, שהם גם יותר גמישים.

תצוגות גמישות וגמישות

מכשירים כמו גלקסיית Samsung Z Fold ו- Huawei Mate X מסתמכים על תצוגות גמישות כי חייב לקפל שוב ושוב ללא פגיעה חיישן מגע. Silver nanowire וציפוי מבוסס גרפן נמצאים בליבת המוצרים האלה.הם מאפשרים שכבת המגע להתכופף יחד עם פאנל OLED, שמירה על תגובה גם כאשר מקופל.ללא ציפויים מוליכים גמישים אלה, טלפונים מתקפלים לא יהיו רווחיים מבחינה מסחרית.

מכשירים ומכשירים IoT

שעונים חכמים, עוקבים כושר, ותיקונים רפואיים דורשים ממשקי מגע דקים, קלים, ולעתים קרובות מעוקלים. מוליכים-פוימר וציפוי כסף-nanowire יכולים להיות מיושם על משטחים לא סדירים באמצעות ציפוי תרסיס או דיפ, המאפשר מגע על זכוכית בצורת 3D או מתחמי פולימר.

רכב וציבורי קיוסק

מסכים במכוניות חייבים לעמוד בפני קיצוניות טמפרטורה, חשיפה UV ו רטט מכני. ציפויים רב-שכבתיים אחרונים המשלבים מרש מתכת עם מסך קשיח, UV-stable העליוןcoat עבר בדיקות הסמכה לרכב.עבור קיוסקים ציבוריים (למשל, כספומטים, מכונות כרטיס), עמידות שריטה עמידות עמידות עמידות עמידות ועמידות סביבתית הם רב-הכיפית; כאן, מתכתי או היברידית AgNW-חמצני הם להחליף את הציפוי להפסדים יותר, כי אני מציע פחות השפעה סטטית.

עלויות והטבות סקלאלה

מנקודת מבט ייצור, ציפויים חלופיים ניתן להפקיד בטמפרטורת החדר באמצעות שיטות מבוססות פתרון, אשר מפחית צריכת אנרגיה וציוד הון בהשוואה לשקע אבק של ITO.השינוי גם פחות תלויות על נתרן, מרכיב נדיר עם תנודתיות מחירים. כמו נפח ייצור, העלות של ננווט כסף ציפוי פולימרים התנהגותית הוא צפוי לרדת מתחת להנחה של ITO, מה שהופך את המסכים יותר סבירים על פני כל פלחי שוק סביר.

כיוונים עתידיים

מחקר על ציפוי אופטי התנהגותי ממשיך בקצב מהיר.כמה מגמות מתעוררות מבטיחות לשפר עוד ביצועים, להרחיב יישומים, ולצמצם את ההשפעה הסביבתית.

2D חומרים מעבר Graphene

MXenes - שיעור של שתי מחסומים מתכת מעבר תלת מימדיים ו nitrides - יש לאחרונה משכה תשומת לב להתנהלות המתכתית שלהם, יעילות פתרון, וכימיה משטח טונה. ניסויים מוקדמים מראים כי סרטי MXene יכולים להשיג עמידות גיליון מתחת 100 ⁇ /sq עם שידור סביב 90%, התאמה של ננווטים כסף.

אלקטרודות

מיקרו-ממות מתכת (למשל, נחושת או רשתות כסף עם רוחב קו של כמה מיקרונים) המוטבע על ידי לימוזינה ננו-מדפסת או הדפסה ישירה-כתיבה מציעים אלטרנטיבה מבטיחה לרשתות ננו-חוט אקראיות.רשתות אלה יכולות להשיג עמידות נמוכה מאוד (<10 ⁇ /sq) תוך שמירה על שקיפות גבוהה מכיוון שהשטח מכוסה על ידי מתכת הוא חלק קטן של המבנה התקופתי.

שילוב עם לחץ וחרדה

מסכים מגע עתידי עשויים לעבור מגע קלוש פשוט לזהות כוח (לחץ) ולספק משוב actile. ציפויים התנהגותיים שמשנים התנגדות תחת לחץ (piezoresistive) או חומרים קפיפטיים כי עיוות חושים מפותחים. לדוגמה, ציפוי ננווט-מוחזק כסף יכול לפעול כמו גם מנצח שקוף וגם חיישן.

חומרים בר קיימא ומחוזרים

חששות סביבתיים מניעים מחקר על ציפויים מבוססי ביולוגית ומחזוריים הניתנים למניעה. cellulose nanofibers בשילוב עם צינורות פחמן או פולימרים מוליכים הוכחו להניב אלקטרודות שקוף, גמישים ו biodegradable אלקטרודות. בדומה, עיבוד מבוסס מים של PEDOT:PS ו- Money nanowires מבטל את השימוש של פותרים רעילים.

הטכנולוגיה של Touchscreen מתפתחת מהר יותר מאי פעם, וציפוי אופטיים מוליכים נמצאים בחזית האבולוציה הזו.מטלפונים מתקפלים ועד תצוגות רכב, חידושים בחומרים ובייצור המתוארים במאמר זה מאפשרים למכשירים מגיבים יותר, יציבים, ופסיביים יותר מקודמיהם.כפי שמחקר דוחף את הגבולות של התנהגות ושקיפות, וכסולמות ייצור כדי לעמוד בביקוש העולמי, החלפת ITO עם חלופות גמישות, 3.