Войти
Оксид индия-олова (ITO ) представляет собой тройной состав индий, олово и кислород в различных пропорциях. В зависимости от содержания кислорода он может быть описан как керамика или сплав. Оксид индия и олова обычно встречается в виде насыщенной кислородом композиции с составом 74% In, 18% O 2 и 8% Sn по весу. Составы, насыщенные кислородом, настолько типичны, что ненасыщенные составы называют ITO с дефицитом кислорода. В тонких слоях он прозрачный и бесцветный, а в массе от желтоватого до серого цвета. В инфракрасной области спектра он действует как металлическое зеркало.
Оксид индия и олова является одним из наиболее широко используемых прозрачных проводящих оксидов из-за его электропроводности и оптической прозрачности, а также легкость, с которой он может быть нанесен в виде тонкой пленки. Как и в случае со всеми прозрачными проводящими пленками, необходимо найти компромисс между проводимостью и прозрачностью, поскольку увеличение толщины и увеличение концентрации носителей заряда увеличивает проводимость материала, но снижает его прозрачность.
Тонкие пленки оксида индия и олова обычно осаждают на поверхности посредством физического осаждения из паровой фазы. Часто используется электронно-лучевое испарение или ряд методов напыления.
Поглощение стекла и стекла ITO ITO представляет собой смешанный оксид индия и олова с температурой плавления в диапазоне 1526–1926 ° C (1800–2200 K, 2800–3500 ° F), в зависимости от состава. Наиболее часто используемый материал имеет состав примерно In 4 Sn. Материал представляет собой полупроводник n-типа с большой шириной запрещенной зоны , составляющей около 4 эВ. ITO прозрачен для видимого света и имеет относительно высокую электропроводность. Эти свойства используются с большим преимуществом в приложениях сенсорных экранов, таких как мобильные телефоны.
Тонкопленочные помехи, вызванные покрытием ITO на Airbus окно кабины, используемое для размораживания. Оксид индия и олова (ITO) - это оптоэлектронный материал, который широко применяется как в исследованиях, так и в промышленности. ITO можно использовать для многих приложений, таких как плоские дисплеи, интеллектуальные окна, электроника на полимерной основе, тонкопленочные фотоэлектрические элементы, стеклянные двери морозильных камер супермаркетов и архитектурные окна. Более того, тонкие пленки ITO для стеклянных подложек могут быть полезны для стеклянных окон для экономии энергии.
Зеленые ленты ITO используются для производства электролюминесцентных, функциональных и полностью гибких ламп. Кроме того, тонкие пленки ITO используются в основном в качестве антибликовых покрытий и для жидкокристаллических дисплеев (ЖКД) и электролюминесценции, где тонкие пленки используются в качестве проводящих прозрачных электродов.
ITO часто используется для создания прозрачного проводящего покрытия для дисплеев, таких как жидкокристаллические дисплеи, OLED дисплеи, плазменные дисплеи, сенсорные панели и электронные чернила приложения. Тонкие пленки ITO также используются в органических светодиодах, солнечных элементах, антистатических покрытиях и защите от электромагнитных помех. В органических светодиодах ITO используется в качестве анода (слой инжекции дырок).
Пленки ITO, нанесенные на лобовые стекла, используются для размораживания лобовых стекол самолетов. Тепло создается за счет приложения напряжения к пленке.
ITO также используется для различных оптических покрытий, в первую очередь инфракрасных отражающих покрытий (горячие зеркала ) для автомобилей и натриевая лампа очки. Другие области применения включают газовые датчики, просветляющие покрытия, электросмачивание диэлектриков и брэгговские отражатели для лазеров VCSEL. ITO также используется в качестве ИК-отражателя для оконных стекол с низким энергопотреблением. ITO также использовался в качестве сенсорного покрытия в более поздних камерах Kodak DCS, начиная с Kodak DCS 520, как средство увеличения отклика синего канала.
ITO тонкая пленка деформация манометры могут работать при температурах до 1400 ° C и могут использоваться в суровых условиях, таких как газовые турбины, реактивные двигатели и ракетные двигатели.
Из-за высокой стоимости и ограниченного предложения индия, хрупкости и недостаточной гибкости слоев ITO, а также из-за дорогостоящего осаждения слоев, требующего вакуума, альтернативные методы получения ITO и альтернативные материалы разрабатываются.
Также могут быть использованы альтернативные материалы. Некоторые легирующие примеси переходных металлов в оксид индия, особенно молибден, дают гораздо более высокую подвижность электронов и проводимость, чем полученные с оловом. Легированные бинарные соединения, такие как легированный алюминием оксид цинка (AZO) и легированный индием оксид кадмия, были предложены в качестве альтернативных материалов. Другие неорганические альтернативы включают алюминий, галлий или оксид цинка, легированный индием (AZO, GZO или IZO).
Углеродные нанотрубки проводящие покрытия являются перспективной заменой.
В качестве другой альтернативы на основе углерода, пленки графена являются гибкими и, как было показано, обеспечивают прозрачность на 90% с меньшим электрическим сопротивлением, чем стандартные ITO. Тонкие металлические пленки также рассматриваются как потенциальный заменяющий материал. Альтернативный гибридный материал, который в настоящее время тестируется, представляет собой электрод, сделанный из серебряных нанопроволок и покрытых графеном. Преимущества таких материалов заключаются в сохранении прозрачности при одновременном сохранении электропроводности и гибкости.
По своей сути проводящие полимеры (ICP) также разрабатываются для некоторых приложений ITO.. Обычно проводимость ниже для проводящих полимеров, таких как полианилин и PEDOT : PSS, чем у неорганических материалов, но они более гибкие, менее дорогие и более экологически чистые при обработке и производстве.
Для снижения содержания индия, уменьшения сложности обработки и повышения электрической однородности были разработаны аморфные прозрачные проводящие оксиды. Один из таких материалов, аморфный оксид индия-цинка, поддерживает ближний порядок, даже несмотря на то, что кристаллизация нарушается из-за разницы в соотношении кислорода к атомам металла между In 2O3и ZnO. Оксид индия-цинка имеет некоторые свойства, сравнимые с ITO. Аморфная структура остается стабильной даже при температуре до 500 ° C, что позволяет выполнять важные этапы обработки, характерные для органических солнечных элементов. Улучшение гомогенности значительно повышает удобство использования материала в случае органических солнечных элементов. Области с плохими характеристиками электродов в органических солнечных элементах делают часть площади элемента непригодной для использования.
Процесс превращения наночастиц серебра (AgNP) в полимер ( ПЭТ ) подложка ITO широко используется в качестве высококачественной гибкой подложки для производства гибкой электроники. Однако гибкость этой подложки уменьшается по мере повышения ее проводимости. Предыдущие исследования показали, что механические свойства ITO можно улучшить за счет увеличения степени кристалличности. Допирование серебром (Ag) может улучшить это свойство, но приводит к потере прозрачности. Усовершенствованный метод внедрения наночастиц Ag 2 (AgNP) вместо гомогенного создания гибридного ITO оказался эффективным для компенсации снижения прозрачности. Гибридный ITO состоит из доменов одной ориентации, выращенных на AgNP, и матрицы другой ориентации. Домены прочнее, чем матрица, и служат препятствием для распространения трещин, значительно увеличивая гибкость. Изменение удельного сопротивления с увеличением изгиба значительно уменьшается в гибридном ITO по сравнению с гомогенным ITO.
ITO обычно наносится дорогостоящим и энергоемким способом. -интенсивные процессы, связанные с физическим осаждением из паровой фазы (PVD). Такие процессы включают распыление, которое приводит к образованию хрупких слоев. Альтернативный процесс, использующий технику на основе частиц, известен как процесс литья на ленту. Поскольку это метод, основанный на частицах, наночастицы ITO сначала диспергируются, а затем помещаются в органические растворители для стабильности. Бензил фталат пластификатор и поливинил бутираль вяжущего оказались полезными при приготовлении суспензий наночастиц . После завершения процесса отливки ленты характеристика зеленых лент ITO показала, что оптимальная передача повысилась примерно до 75% с нижним пределом для электрического сопротивления 2 Ом · см.
Использование наночастиц ITO накладывает ограничения на выбор подложки из-за высокой температуры, необходимой для спекания. В качестве альтернативного исходного материала, наночастицы сплава In-Sn позволяют использовать более широкий диапазон возможных подложек. Сначала формируется сплошная проводящая пленка сплава In-Sn, а затем окисление для обеспечения прозрачности. Этот двухэтапный процесс включает термический отжиг, который требует особого контроля атмосферы и увеличения времени обработки. Поскольку металлические наночастицы могут быть легко преобразованы в проводящую металлическую пленку при обработке лазером, лазерное спекание применяется для достижения однородной морфологии продуктов. Лазерное спекание также легко и дешевле в использовании, так как его можно проводить на воздухе.
Например, с использованием обычных методов, но с изменением условий окружающего газа для улучшения оптоэлектронных свойств поскольку, например, кислород играет важную роль в свойствах ITO.
Было проведено численное моделирование плазмонной металлические наноструктуры продемонстрировали большой потенциал в качестве метода управления светом в тонкопленочных гидрогенизированных аморфном кремнии с нанодисками (a-Si: H) солнечных фотоэлектрических (PV) элементах. Проблема, которая возникает для фотоэлектрических устройств с плазмонным усилением, заключается в необходимости использования «ультратонких» прозрачных проводящих оксидов (ППО) с высоким коэффициентом пропускания и достаточно низким удельным сопротивлением для использования в качестве верхних контактов / электродов устройства. К сожалению, большая часть работ по TCO проводится на относительно толстых слоях, и несколько зарегистрированных случаев тонких TCO показали заметное снижение проводимости. Чтобы преодолеть это, можно сначала нарастить толстый слой, а затем химически сбрить его, чтобы получить тонкий слой, который является цельным и очень проводящим.
Серьезная проблема с ITO - это его стоимость. ITO может стоить в несколько раз дороже оксида алюминия и цинка (AZO). AZO часто выбирают из прозрачного проводящего оксида (TCO) из-за его более низкой стоимости и относительно хороших оптических характеристик пропускания в солнечном спектре. Однако ITO превосходит AZO во многих других важных категориях характеристик, включая химическую стойкость к влаге. ITO не подвержен влиянию влаги и стабилен как часть солнечного элемента из селенида меди, индия, галлия в течение 25–30 лет на крыше.
Хотя мишень для распыления или испаряющийся материал, который используется для нанесения ITO, значительно дороже, чем AZO, количество материала, помещенного на каждую ячейку, довольно мало. Таким образом, штраф за ячейку также довольно невелик.
Изменения морфологии поверхности в Al: ZnO и i- / Al: ZnO при воздействии сбросового тепла (DH) (оптическая интерферометрия )Основное преимущество ITO по сравнению с AZO в качестве Прозрачный проводник для ЖК-дисплеев заключается в том, что ITO может быть точно вытравлен в тонкие узоры. AZO нельзя протравить так точно: он настолько чувствителен к кислоте, что имеет тенденцию чрезмерно травиться при кислотной обработке.
Еще одно преимущество ITO по сравнению с AZO заключается в том, что если влага проникает, ITO будет разлагаться меньше, чем AZO.
Роль ITO-стекла как субстрата для клеточных культур можно легко расширить, что открывает новые возможности для исследований по выращиванию клеток с использованием электронной микроскопии и корреляционного света.
ITO можно использовать в нанотехнологиях, чтобы открыть путь к новому поколению солнечных элементов. Солнечные элементы, изготовленные с использованием этих устройств, могут обеспечить недорогие, сверхлегкие и гибкие элементы для широкого спектра применений. безразмерные размеры наностержней, квантово-размерные эффекты влияют на их оптические свойства. Подбирая размер стержней, их можно сделать так, чтобы они поглощали свет в определенной узкой цветовой полосе. Объединяя несколько ячеек со стержнями разного размера, можно собирать и преобразовывать в энергию широкий диапазон длин волн солнечного спектра. Более того, наноразмерный объем стержней приводит к значительному сокращению количества необходимого полупроводникового материала по сравнению с обычным элементом.
Вдыхание оксида индия-олова может вызвать легкое раздражение к дыхательным путям и его следует избегать. При длительном воздействии симптомы могут стать хроническими и привести к доброкачественному пневмокониозу. Исследования на животных показывают, что оксид индия-олова токсичен при попадании внутрь, а также оказывает негативное воздействие на почки, легкие и сердце.
В процессе добычи, производства и рекультивации рабочие потенциально подвергаются воздействию индия, особенно в таких странах, как Китай, Япония, Республика Корея и Канада, и сталкиваются с возможностью легочного альвеолярного протеиноза, легочного фиброза, эмфиземы и гранулемы. У рабочих в США, Китае и Японии под воздействием индия были диагностированы расщелины холестерина. Было обнаружено, что in vitro наночастицы серебра, присутствующие в улучшенных ITO, проникают как через неповрежденную, так и через поврежденную кожу в эпидермальный слой. Предполагается, что неспеченные ITO вызывают сенсибилизацию, опосредованную Т-клетками : при исследовании внутрикожного воздействия концентрация uITO в 5% приводила к пролиферации лимфоцитов у мышей, включая увеличение числа клетки в течение 10-дневного периода.
Новая профессиональная проблема, названная индиевым заболеванием легких, возникла в результате контакта с индийсодержащей пылью. Первый пациент - рабочий, связанный с мокрым шлифованием поверхности ITO, который страдал интерстициальной пневмонией : его легкое было заполнено частицами, связанными с ITO. Эти частицы могут также вызывать выработку цитокинов и дисфункцию макрофагов. спеченные частицы ITOs сами по себе могут вызывать фагоцитарную дисфункцию, но не высвобождение цитокинов в клетках макрофагов ; однако они могут вызвать реакцию провоспалительного цитокина в легочных эпителиальных клетках. В отличие от uITO, они также могут приносить эндотоксин рабочим, работающим с мокрым процессом, при контакте с жидкостями, содержащими эндотоксин. Это можно объяснить тем фактом, что sITO имеют больший диаметр и меньшую площадь поверхности, и что это изменение после процесса спекания может вызвать цитотоксичность.
Из-за этих проблем были найдены альтернативы ITO. найдено.
Процесс очистки сточных вод от травления оксидом индия и олова (ITO) Вода для травления, используемая в процессе спекания ITO можно использовать только ограниченное количество раз перед утилизацией. После разложения сточные воды должны все еще содержать ценные металлы, такие как In, Cu в качестве вторичного ресурса, а также Mo, Cu, Al, Sn и In, которые могут представлять опасность для здоровья человека.
