צגי מסך חדשניים מבוססי גרפן

מסכי וידיאו גמישים ושקופים יוכלו להוות ציון הדרך שסוף סוף יביא את החומר גרפן – הצורה החד-שכבתית של פחמן – לשוק המסחרי אחת ולתמיד

רכיבי אלקטרוניקה שקופים וגמישים קרובים מאי פעם להפוך למציאות, וזאת לנוכח הפיתוח של אלקטרודות מבוססות-גרפן של אוניברסיטת רייס. כימאים מאוניברסיטה זו פיתחו שכבות דקיקות שתוכלנה להביא למהפכה בצגי-מגע, בפאנלים סולאריים ובתאורת LED. ממצאי המחקר פורסמו בכתב העת המדעי ACS Nano.

מסכי וידיאו גמישים ושקופים יוכלו להוות ציון הדרך שסוף סוף יביא את החומר גרפן – הצורה החד-שכבתית של פחמן – לשוק המסחרי אחת ולתמיד, מציין החוקר הראשי. בשילוב עם רכיבי אלקטרוניקה גמישים ושקופים אחרים המפותחים באוניברסיטת רייס ובמקומות אחרים, פריצת הדרך תוכל להוביל לפיתוחם של מחשבים שניתן יהיה לענוד אותם על פרק כף היד ולתאים סולאריים שניתן יהיה לכרוך אותם מסביב לכל חפץ.

שכבת הגרפן שפותחה מהווה מועמד מוביל להחלפת החומר תחמוצת אינדיום-בדיל, מוצר מסחרי ששימושו נפוץ כציפוי מוליך ושקוף. זהו הרכיב החיוני כמעט בכל המסכים השטוחים, לרבות צגי מגע בפלאפונים חכמים ואייפדים, והוא חלק מדיודות פולטות אור (LED) ותאים סולאריים. תחמוצת האינדיום-בדיל פועלת כהלכה בכל היישומים הללו, אך היא בעלת מספר חסרונות. היסוד אינדיום הולך והופך להיות נדיר ויקר יותר ויותר. כמו-כן הוא חומר פריך, מאפיין המגדיל את הסיכון לסדיקתו של המסך כאשר טלפון חכם נופל לרצפה.

השכבה הדקיקה החדשה משלבת יריעה חד-שכבתית של החומר המוליך גרפן יחד עם רשת דקיקה של ננו-חוטי מתכת. החוקרים טוענים כי החומר החדש עולה בביצועיו על תחמוצת האינדיום-בדיל ועל חומרים מתחרים אחרים, והוא בעל שקיפות גבוהה יותר והתנגדות פחותה יותר לזרם חשמלי.

“חוקרים רבים עובדים על חלופות לתחמוצת אינדיום-בדיל, במיוחד בכל הנוגע למצעים גמישים,” אומר החוקר. “מעבדות אחרות בוחנות את האפשרות להשתמש בגרפן טהור. תיאורטית, ייתכן וזה יעבוד, אולם כאשר אתה שם אותו על מצע רמת המוליכות החשמלית שלו לא מספיק גבוהה ברמת שקיפות נדרשת. צריך לעזור לגרפן בצורה כלשהי.”

בניגוד לכך, רשתות מתכת דקיקות מפגינות מוליכות טובה, אולם פערים המצויים בננו-חוטי המתכת השומרים על היותם שקופים הופכים אותם לרכיבים שאינם מתאימים, לבדם, לשמש באלקטרודות מוליכות חשמל.

כך, שילוב שני החומרים עובד בצורה מופלאה – הרשת המתכתית מחזקת את הגרפן, והגרפן ממלא את החללים הריקים שבתוככי הרשת. החוקרים מצאו רשת של ננו-חוטים בגודל של חמישה מיקרונים המורכבת מהמתכת קלת-המשקל והבלתי יקרה אלומיניום, ואשר אינה מפחיתה מהשקיפות של החומר הסופי.

החוקר הראשי מציין כי את הרשתות המתכתיות קל למקם על גבי מצע גמיש באמצעות שיטות רגילות כגון roll-to-roll או הדפסה בהזרקת דיו. גם השיטות לייצור יריעות גדולות של גרפן משתפרות במהירות, מציין החוקר.

הגמישות היא כמעט בונוס, מסביר החוקר, לנוכח החיסכון הפוטנציאלי אשר מצוי בשימוש בפחמן ובאלומיניום במקום בתחמוצת האינדיום-בדיל היקרה. “כיום, התחמוצת אינדיום-בדיל היא האלקטרודה המסחרית היחידה ברשותנו, אולם היא פריכה ושבירה,” מסביר החוקר. “האלקטרודה השקופה שלנו היא בעלת מוליכות גבוהה יותר מאשר התחמוצת אינדיום-בדיל והיא גמישה. אני מאמין כי תועלת מרובה תצמח מכך לרכיבי אלקטרוניקה גמישים.”
הידיעה על המחקר