Оксиды металлов являются важным материалом, который содержится практически в каждом электронном устройстве. Большинство оксидов металлов обладают электроизоляционными свойствами. Но некоторые оксиды металлов являются одновременно проводящими и прозрачными, и эти оксиды критически важны для сенсорного экрана вашего смартфона или монитора вашего компьютера.
Исследователи продемонстрировали технологию печати тонких пленок из оксида металла при комнатной температуре и использовали эту технологию для создания прозрачных, гибких схем, которые одновременно надежны и способны функционировать при высоких температурах.
“В принципе, металлоксидные пленки должно быть легко изготовить”, — говорит Майкл Дики, соавтор статьи об этой работе и профессор химической и биомолекулярной инженерии Камиллы. “В конце концов, они естественным образом образуются на поверхности почти каждого металлического предмета в наших домах – банок из-под газировки, кастрюль из нержавеющей стали и вилок. Хотя эти оксиды есть повсюду, их применение ограничено, поскольку их невозможно удалить из металлов, на которых они образуются.”
Для этой работы исследователи разработали новый способ отделения оксида металла от мениска из жидкого металла. Если вы наполняете пробирку жидкостью, мениск представляет собой изогнутую поверхность жидкости, которая выходит за пределы конца пробирки. Он изогнут из-за поверхностного натяжения, которое предотвращает полное выливание жидкости. В случае жидких металлов поверхность мениска покрыта тонкой металлоксидной пленкой, которая образуется там, где жидкий металл встречается с воздухом.
“Мы заполняем пространство между двумя предметными стеклами жидким металлом, так что небольшой мениск выходит за концы предметных стекол”, — говорит Дики. “Представьте, что слайды — это принтер, а жидкий металл — это чернила. Затем мениск из жидкого металла можно привести в контакт с поверхностью. Мениск покрыт оксидом со всех сторон, аналогично тонкой резине, которой обтянут баллон с водой. Когда мы перемещаем мениск по поверхности, оксид металла на передней и задней сторонах мениска прилипает к поверхности и отслаивается, подобно следу, оставляемому улиткой. При этом под воздействием жидкости на мениске постоянно образуется свежий оксид, что обеспечивает непрерывную печать.”
В результате принтер создает двухслойную тонкую пленку оксида металла толщиной около 4 нм.
“Важно отметить, что, несмотря на то, что мы используем жидкость, пленка металлоксидов, нанесенная на подложку, остается твердой и невероятно тонкой”, — говорит Дики. “Пленка прилипает к подложке — это не то, что вы могли бы размазать. Это важно для печатных микросхем”.