Một loại vật liệu mới vừa có độ trong suốt cao, vừa dẫn điện tốt vừa được phát triển thành công, hứa hẹn sẽ được dùng để tạo nên những chiếc màn hình hiển thị, cửa sổ thông minh, màn hình cảm ứng và thậm chí là các tế bào năng lượng Mặt Trời hiệu suất cao với giá thành cực rẻ và quy trình sản xuất đơn giản.
Bạn có biết trong suốt 60 năm qua, Indi thiếc oxit (ITO) là loại bán dẫn trong suốt được dùng để sản xuất ra hơn 90% màn hình hiển thị trên thị trường. Tuy nhiên, chỉ trong vòng 10 năm trở lại đây thì giá thành của Indi đã tăng lên đáng kể. Cũng vì thế, mô đun màn hình hiển thị và màn hình cảm ứng vẫn là một trong những thành phần chiếm nhiều chi phí nhất trong những chiếc smartphone hoặc máy tính bảng, chiếm gần 40% chi phí chế tạo.
Trong khi theo xu hướng thì chip nhớ và vi xử lý ngày càng rẻ hơn, màn hình hiển thị vẫn cứ đắt tiền mà lại có xu hướng tiếp tục tăng. Trước tình hình này, các nhà sản xuất luôn tìm kiếm một ứng cử viên khác thay thế cho ITO. Thế nhưng để tìm ra một loại vật liệu vừa đảm bảo độ trong suốt, vừa dẫn điện và dễ chế tạo vẫn còn là mục tiêu khó khăn. Và nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi phó giáo sư khoa học vật liệu Roman Engel-Herbert đã tìm ra một cách tiếp cận khác của vấn đề nan giải này.
Các nguyên mẫu kim loại tương quan stronti vanadat và canxi vanadat
Các nhà nghiên cứu đã dùng một tấm phim mỏng 10 nm làm từ loại vật liệu đặc biệt gọi là kim loại tương quan (correlated metals) với tính chất là các electron sẽ “chảy” giống như chất lỏng. Trong các kim loại thông thường, điển hình như đồng, vàng, nhôm hoặc bạc, các electron di chuyển như khí thì trong kim loại tương quan, điển hình như stronti vanadat và canxi vanadat thì chúng di chuyển như chất lỏng. Theo nhóm nghiên cứu, dòng chảy của các electron này sẽ tạo tăng cường độ trong suốt quang học, đồng thời đảm bảo tính dẫn điện cao như kim loại.
Phó giáo sư Engel-Herbert cho biết: “Chúng tôi đang tạo ra một loại kim loại trong suốt bằng cách thay đổi khối lượng hiệu dụng các electron của chúng. Chúng tôi thực hiện điều này bằng cách chọn một loại vật liệu với đặc điểm tương tác tĩnh điện giữa các electron mang điện âm là rất lớn so với động năng của chúng. Kết quả của hiệu ứng tương quan mạnh mẽ này là các electron “cảm nhận” được những electron khác và cư xử như một chất lỏng chứ không phải là một đám khí với các hạt không tương tác. Dòng electron này có độ dẫn điện cao, nhưng vẫn đảm bảo trong suốt, ít phản chiếu.”
Để hiểu rõ hơn về sự cân bằng giữa độ trong suốt và khả năng dẫn điện. Nhóm nghiên cứu đã mang kết quả tới cho giáo sư Karin Rabe, một nhà lý thuyết vật liệu tại Đại học Rutgers. Rabe đã vận dụng các kiến thức toán học và lý thuyết vật lý nhằm xét tới tính khả thi của việc dùng loại vật liệu mới này để tạo nên các bảng mạch điện tử trong suốt. Giờ đây, họ đã hiểu được cơ chế hoạt động của loại vật liệu và trong tương lai, họ còn tìm thấy nhiều loại kim loại tương quan khác tương tự như stronti vanadat và canxi vanadat.
Được biết, giá bán hiện tại của 1 kg Indi là 750 đô la, trong khi stronti vanadat và canxi vanadat có thể được tạo từ những nguyên tố khá phổ biến trên Trái Đất với giá rẻ hơn. Giá của vanadi là khoảng 25 đô la/kg, chưa tới 5% giá của Indi và Stronti thậm chí còn rẻ hơn cả vanadi nữa. Do đó, nhóm nghiên cứu tin rằng đây không chỉ là một ứng cử viên sáng giá thay thế cho indi trong việc chế tạo màn hình hiển thị, màn hình cảm ứng mà với ưu điểm của nó còn có thể tạo tiền đề phát triển cửa sổ thông minh, kính thông minh và cả các tế bào năng lượng Mặt Trời trong suốt trong tương lai.
Tham khảo Penstate, Futurity
Nguồn tinhte.vn
Đăng ngày: 23/12/2015