Прозрачные проводящие оксиды: практика

Учась в своё в время в одном небезызвестном ВУЗе [НГУ](nsu.ru), для диплома занимался получением прозрачных проводящих покрытий. В обычном своём состоянии все оксидные материалы диэлектрики, да ещё и непрозрачные, но если их нанести тонкой плёнкой и химически модифицировать, то мы получим весьма примечательные: прозрачные проводящие оксиды. Прозрачные проводящие оксиды (ППО) — это оксидные материалы, обладающие прозрачностью в области видимого спектра электромагнитных волн и высокой проводимостью (большей по сравнение с диэлектриками и меньшей чем у проводников). В частности, это оксиды металлов Cd, Sn, Zn, In, Ti, проводимость которых объясняется образованием электронных дефектов, компенсирующих эффективный заряд атомов примесей.

Практика

Существует разные области применения ППО:

1. Так называемые электрохромные окна или «умные окна» (smart glass) - это устройства способные под воздействием приложенного напряжения и тока обратимо менять свой цвет (оттенок), в зависимости от электрохромного (электро-окрашиваемого) вещества. Умные окна это, своего рода симметричный бутерброд из нескольких слоёв: стекло, проводящая прозрачная плёнка, электрохромная плёнка, электролит. Устройства конструируются на основе только оксидов металлов либо на основе смешанных композиционных системах неорганических и органических веществ, и в этом случае прозрачные проводящие оксиды применяются в качестве токоподвода.
   

2. Тонкоплёночных транзисторов (ТПТ) в гибкой электронике (хотя лучше использовать органические соединения) [1].
   

3. Резистивных сенсорных экранов (принцип действия стырил из интернета):
   До экрана дотрагиваются любым твердым предметом.
   Верхний резистивный слой прогибается и соприкасается с нижним.
   Контроллер определяет напряжение в точке касания на нижнем слое и вычисляет координату точки касания по оси X.
   Контроллер определяет напряжение в точке касания на верхнем слое и определяет координату точки касания по оси Y.
   

4. Подогрев окон автомобилей для снятие наледи. Так как наше покрытие как и любой проводник обладает сопротивлением проходящий по нему ток будет приводить к нагреву нашей плёнки по закону Джоуля-Ленца. Также как вы понимаете их можно использовать в качестве прозрачных нагревательных элементов, например прозрачная плитка для изучения процессов кипения в плёнках.
   

5. Покрытия отражающие инфракрасное излучение. А что такое у нас инфракрасное излучение: это свет с длиной волны большее 760 нм. И интереснейшим его свойством является то, оно способно нагревать все предметы с которыми взаимодействует. Конкретно в этом применении покрытие из ППО на оконное стекло, летом оно не пускает тепло с улицы в помещение и тем самым сохраняет прохладу, а зимой наоборот не выпускает из помещения тепло на улицу.
   

В итоге мы узнали, что существуют такие интересные системы как прозрачные проводящие оксиды. Их можно применять как проводники, транзисторы, нагревательные элементы, отражающие определённый спектр светового излучения покрытия. В общем разнообразные интересные применения в народном хозяйстве. А самое интересное, что все эти интересные свойства ППО демонстрируют в тонких плёночных покрытиях, толщина которых часто не превышает 50 нм. Для примера размеры атома это порядка 0.1 - 1 нм, т.е., проще говоря, толщине в 50 нм соответствует от 50 до 500 атомарных слоёв. Как говорят, мал клоп да... в смысле толщина небольшая зато сколько полезных свойств.

Если вам интересно, могу подробно написать про историю изучения и теорию ППО, а также про электрохромные материалы.