Oxid de staniu de indiu

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Oxid de staniu de indiu
Numele IUPAC
os-oxoindiganiloxiindigan; ossostagno
Abrevieri
ITO
Denumiri alternative
Oxid de staniu de indiu
Caracteristici generale
Masa moleculară ( u ) 26.016
Aspect galben pal până la verzui solid, în funcție de concentrația SnO2
numar CAS 74-86-2
Numărul EINECS 610-589-1
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (kg m -3, în cs ) 1.17085
Punctul isoelectric 3.0 [1]
Solubilitate în apă 0,144 g / l cn
Temperatură de topire 1800-2000 K
Sistem cristalin cubic Ia 3 d
Informații de siguranță
Simboluri de pericol chimic
iritant
Atenţie
Fraze H 315 - 319 - 335
Sfaturi P 261 - 305 + 351 + 338 [2]

Oxidul de staniu de indiu (mai precis oxidul de indiu dopat cu staniu , cunoscut mai ales prin acronimul ITO , din englezul Indium tin oxide ) este o soluție solidă de oxid de indiu (III) (In 2 O 3 ) și oxid de staniu (IV) (SnO 2 ), de obicei în procente din greutate în jur de 90% în 2 O 3 și 10% SnO 2 . Este cel mai utilizat oxid transparent conductiv pentru fabricarea filmelor conductive transparente (PCT).

Este ușor transparent și incolor sub forma unui film subțire, în timp ce în cantități mari are o culoare galben pal până la verde, în funcție de concentrația de dopant. Are proprietatea de a reflecta radiația în regiunea infraroșie ca un metal normal. Principala caracteristică a oxidului de staniu de indiu este combinația de bună conductivitate electrică și transparență optică .

În esență, este format dintr-un dopaj substitut al atomilor de In +3 cu o structură cubică precum bixbyita în In 2 O 3 , cu atomi de staniu . Staniul formează astfel o legătură interstițială cu oxigenul și există atât sub forma SnO, cât și SnO 2 , prezentând astfel o valență +2 și respectiv +4. Această stare de valență are o legătură directă cu conductivitatea finală a ITO. Starea de valență inferioară are ca rezultat o reducere marcată a concentrației purtătorilor de sarcină , deoarece o gaură este creată în structură și se comportă ca o capcană și reduce conductivitatea. Pe de altă parte, o predominanță a stării SnO 2 se comportă ca un donator de tip n (n înseamnă negativ) care furnizează electroni benzii conductoare. Cu toate acestea, în oxidul de staniu de indiu, atât staniul de înlocuire, cât și orificiul de oxigen contribuie la o conductivitate ridicată, iar materialul ar putea fi reprezentat ca In 2-x Sn x O 3-2x . Filmele ITO au un parametru de rețea apropiat de In 2 O 3 între 10.12 și 10.31 Å.

Transmitanța optică ridicată a filmelor ITO este consecința directă a faptului că este un semiconductor cu un spațiu de bandă mare, în general mai mare de 3,75 eV. Pragul fundamental de absorbție se află în mod normal în fereastra ultravioletă solară și se deplasează pe lungimi de undă mai mici pe măsură ce crește concentrația purtătorilor de sarcină . Prin urmare, trebuie să se găsească un compromis în depunere, deoarece concentrația ridicată de purtători de sarcină crește conductivitatea, dar scade transparența acesteia. Din acest motiv, chiar alegerea tehnicii de depunere poate schimba parametrii fizici ai materialului.

Straturile subțiri de oxid de staniu de indiu sunt depuse în mod obișnuit pe diferite suprafețe prin evaporare cu fascicul de electroni (EB-PVD), depunere fizică de vapori , acoperire prin înveliș , acoperire prin centrifugare sau diverse tehnici de depunere prin pulverizare .

Utilizări

ITO este utilizat în principal pentru a realiza atât acoperiri transparente, cât și conductive pentru afișaje cu cristale lichide [3] , ecrane plate , ecrane cu plasmă , ecrane tactile , aplicații cu cerneală electronică , diode emițătoare de lumină organică , celule fotovoltaice , acoperiri antistatice și scuturi de interferență electromagnetică . În diodele organice care emit lumină , oxidul de staniu de indiu este utilizat ca anod.

ITO este, de asemenea, utilizat pentru diferite acoperiri optice , în special pentru acoperiri reflectorizante în infraroșu ( oglindă fierbinte ) în arhitectură , mecanică și sticlă pentru lămpi cu vapori de sodiu . Alte utilizări includ detectoare de gaz , electro-umectare în dielectric și reflectoare Bragg pentru diode laser cu cavitate verticală cu emisie de suprafață .

Un film subțire de oxid de indiu-staniu cu extensometru poate funcționa la temperaturi de până la 1400 ° C și poate fi utilizat în medii extreme, de exemplu în turbine cu gaz , motoare cu reacție și motoare cu rachetă .

Acest material are, de asemenea, capacitatea de a fi modelat cu posibilitatea de a forma structuri tridimensionale microscopice, astfel încât să extindă suprafața disponibilă a filmelor, menținând în același timp volumul total ocupat. Filmele nanostructurate au fost produse folosind șabloane [4] sau pornind de la nanoparticule ITO [5] sau prin sol-gel [6] . Aceste structuri sunt exploatate pentru ancorarea moleculelor opto- și electroactive, care sunt capabile să răspundă la o lumină externă sau la un stimul electric, generând un semnal luminos sau electric care poate fi aplicat în celulele fotovoltaice sau în senzorii optoelectronici.

Alternative

Datorită costului ridicat și disponibilității limitate a indiului , fragilității și lipsei de flexibilitate a straturilor de oxid de staniu de indiu și costului ridicat al tehnicilor de depunere care necesită temperaturi ridicate și uneori niveluri ridicate de vid , numeroase alternative. Acoperirile conductoare pe bază de nanotuburi de carbon sunt un substitut promițător. Aceste acoperiri au fost dezvoltate pentru caracteristicile lor de rezistență mecanică și costuri reduse.

Polimeri precum poli (3,4-etilendioxitiofen) (PEDOT) [7] și poli (3,4-etilendioxitiofen) poli (stirensulfonat) (PEDOT: PSS) [8] sunt considerate alternative promițătoare, în ciuda degradării lor atunci când sunt expuse la radiații ultraviolete și sunt fabricate de companii precum Agfa și HC Starck .

Pentru a rămâne în domeniul oxizilor metalici, alternativele la oxidul de indiu-staniu sunt considerate oxid de zinc dopat cu aluminiu și oxid de staniu care poartă dopanți de tip n, cum ar fi fluorul și antimoniul . Noi studii încearcă să crească procentul de staniu prezent în structura ITO, menținându-și în același timp caracteristicile de conductivitate și transparență optică [9] .

Notă

  1. ^ Yuki Koreeda, Yoshihiro Hirata, Soichiro Sameshima, Analiza conexiunii particulelor într-o pulbere compusă din două componente prin măsurători de conductivitate electrică , în Journal of Ceramic Processing & Research , vol. 5, nr. 4, 2004, pp. 337-342. Adus la 23 ianuarie 2011 (arhivat din original la 5 septembrie 2009) .
  2. ^ Sigma-Aldrich; rev. din 23.12.2011
  3. ^ Jun Amako, Masami Murai și Tomio Sonehara ,, Aplicarea unui beamsplitter cu raze de fază în filme de oxid de staniu cu procesare cu laser pentru panouri cu cristale lichide , în Opt. rev. , vol. 5, nr. 2, 1998, pp. 83-88, DOI : 10.1007 / s10043-998-0083-z .
  4. ^ Hong Lin, Tetsuro Jina, Andriy Dmytrukb, Makoto Saitoc și Tetsuo Yazawa, Prepararea unui electrod ITO poros , în J. Reynolds (Eds.), CRC Press , vol. 164, n. 1-3, 2004, pp. 173-177, DOI : 10.1016 / j.jphotochem.2003.12.023 .
  5. ^ J. Ederth, P. Heszler, A. Hultåker, GA Niklasson și CG Granqvist, Filme de oxid de staniu de indiu fabricate din nanoparticule: modele pentru proprietățile optice și electrice , în Filme solide subțiri , vol. 445, n. 2, 2003, pp. 199-206, DOI : 10.1016 / S0040-6090 (03) 01164-7 .
  6. ^ D. Fattakhova-Rohlfing, T. Brezesinski, J. Rathouský, A. Feldhoff, T. Oekermann, M. Wark și BM Smarsly, Filme conductoare transparente de oxid de staniu de indiu cu arhitectură 3D mezopore , în Adv. Mater. , vol. 18, nr. 22, 2006, pp. 2980–2983, DOI : 10.1002 / adma . 200601224 .
  7. ^ TA Skotheim ,, Handbook of Conducting Polymers, Ed. A III-a , În J. Reynolds (Ed.), CRC Press , 2007.
  8. ^ Studiu de conductivitate a filmului subțire PEDOT: PSS http://alexandria.tue.nl/extra2/200712256.pdf
  9. ^ Yilmaz Aksu și Matthias Driess ,, O abordare moleculară la temperatură scăzută a filmelor subțiri cu oxid de staniu bogat în staniu bogat în staniu cu performanță electro-optică durabilă , în Angew. Chem. Ed. Int. , Vol. 48, nr. 42, 2009, pp. 7778–7782, DOI : 10.1002 / an.200901204 .

linkuri externe

Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei