【中玻網(wǎng)】近些年，觸摸屏越來越廣泛地被應(yīng)用于電子產(chǎn)品，除了智能手機(jī)和平板電腦，在定位導(dǎo)航系統(tǒng)、自動(dòng)柜員機(jī)等儀器設(shè)備上也能見到它的身影。不同于傳統(tǒng)的鍵盤、鼠標(biāo)等輸入方式，只需要用手指在觸摸屏上輕輕地點(diǎn)擊或者移動(dòng)，我們就可以方便地完成各種操作，因此觸摸屏能夠讓用戶更加方便快捷地使用電子設(shè)備，也使得許多電子產(chǎn)品更加輕便小巧。不過，許多朋友可能不知道，觸摸屏技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開一種重要的物質(zhì)，它就是我今天要介紹的氧化銦錫（indium tin oxide，簡稱ITO）。

　　為什么說氧化銦錫對于觸摸屏來說至關(guān)重要呢？要回答這個(gè)問題，我們先要簡單了解一點(diǎn)觸摸屏的工作原理。觸摸屏的實(shí)現(xiàn)方式有許多種，但較主要的電阻式和電容式，都是依賴手指或者其他物體接觸屏幕時(shí)引發(fā)的電信號(hào)變化來工作的。

　　我們先來看看電阻式觸摸屏。從圖1我們可以看到，觸摸屏的上層是一塊透明的塑料，下層是一塊玻璃（也可以是塑料）。上層塑料材料的下表面和下層玻璃的上表面各有一薄層導(dǎo)電物質(zhì)，而塑料和玻璃之間被許多點(diǎn)狀的絕緣材料分開；因此在沒有外力觸碰的時(shí)候，這兩層導(dǎo)電物質(zhì)是不發(fā)生接觸的。一旦我們用手指輕輕點(diǎn)擊上層的塑料，它就會(huì)受力變形，兩層導(dǎo)電物質(zhì)也就發(fā)生了接觸，整個(gè)電路的電流就發(fā)生了變化。再通過一系列精心設(shè)計(jì)的電路，電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。這樣，通過手指的點(diǎn)擊，我們就可以在電子設(shè)備上完成操作。

　　圖1電阻式和電容式觸摸屏的基本結(jié)構(gòu)

　　電容式觸摸屏的構(gòu)造與電阻式觸摸屏相似，但測量的不再是電阻和電流的變化，而是電容的變化。大家都知道，把兩塊平行的導(dǎo)體用絕緣體分隔開，就得到了一個(gè)較簡單的電容，可以儲(chǔ)存一定量的電荷。當(dāng)我們把兩塊涂有導(dǎo)電物質(zhì)的玻璃或者塑料用絕緣材料隔開，并讓兩層導(dǎo)電物質(zhì)相對時(shí)，就形成了這樣的電容。由于人體也是導(dǎo)體，用手指去接觸其中一塊玻璃，就會(huì)在手指和玻璃上的導(dǎo)電物質(zhì)之間形成一個(gè)新的電容。這樣一來，觸摸屏本身的帶電量就發(fā)生了變化，這種變化也可以被轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而完成相應(yīng)的操作。

　　圖2電阻式與電容式觸摸屏的基本工作原理。

　　當(dāng)然了，無論是電阻式還是電容式的觸摸屏，我們這里介紹的只是較基本的工作原理，實(shí)際上構(gòu)造要更加復(fù)雜。不這里有一個(gè)非常關(guān)鍵的問題：玻璃和絕大多數(shù)塑料都是絕緣體，要讓觸摸屏正常工作，我們必須像前面提到的那樣，在它們的表面覆蓋上一層導(dǎo)電的物質(zhì)。有人可能會(huì)說，在玻璃或者塑料上面貼一層鋁箔或者粘一塊銅板不就行了？這樣確實(shí)能解決導(dǎo)電的問題，可整個(gè)觸摸屏也因此變得不再透明，即便它能夠正常工作，也沒有任何的應(yīng)用價(jià)值。因此，要讓觸摸屏正常工作，我們必須找到一種既能保證良好的導(dǎo)電性，本身又必須足夠透明的材料。

　　觸摸屏的這個(gè)特殊要求給科學(xué)家出了一道不小的難題。不過幸運(yùn)的是，經(jīng)過不斷的探索，科學(xué)家們較終發(fā)現(xiàn)了一些金屬氧化物能夠同時(shí)滿足導(dǎo)電和透明這兩個(gè)條件，而氧化銦錫又是其中的佼佼者。單從名字上看，氧化銦錫是銦、錫和氧這三種元素組成的化合物，但實(shí)際上它是三氧化二銦和二氧化錫這兩種氧化物按照一定比例混合得到的，二氧化錫一般占到總重量的10％。從生產(chǎn)商那里得到的氧化銦錫一般是白色、灰色或者顏色的粉末，但是將它涂在玻璃或者塑料的表面，就可以得到透明的薄膜（圖3）。薄膜的厚度不超過幾百納米（一納米是一米的十億分之一）時(shí)，可以保證80％甚至更多的可見光透過，因此不會(huì)對玻璃或者塑料的透光性造成很大影響。與此同時(shí)，這層氧化銦錫薄膜的導(dǎo)電能力很強(qiáng)，電阻率可以低達(dá)萬分之一歐姆·米。[3]透光性和導(dǎo)電性的無缺結(jié)合，使得氧化銦錫成為生產(chǎn)觸摸屏的必選。

　　圖3左：氧化銦錫的固體。右：鍍有氧化銦錫的玻璃。

　　除了觸摸屏，其他許多電子產(chǎn)品同樣離不開氧化銦錫。例如液晶顯示屏，就是將液晶材料夾在兩塊透明電較之間，當(dāng)施加電壓時(shí)，液晶分子的排列會(huì)發(fā)生變化，從而影響光在液晶材料中的傳播，造成色彩的變化。顯然，這種透明電較只能依靠在玻璃表面鍍上一層氧化銦錫來實(shí)現(xiàn)。另一個(gè)比較典型的例子是太陽能電池，它的兩個(gè)電較中的一個(gè)必須透明，才能使得光照射進(jìn)太陽能電池并被轉(zhuǎn)化成電能，于是氧化銦錫又派上用場了。

　　雖然氧化銦錫近乎無缺地集導(dǎo)電和透明這兩個(gè)性質(zhì)于一體，科學(xué)家們卻已經(jīng)開始著手尋找它的替代物了，這又是為什么呢？首先，銦是一種非常稀有的元素，它在地殼中的含量僅比銀略多一些，而且它在地殼中很分散，因此可利用的資源并不是非常豐富。有人甚至預(yù)測，再過十幾年，地球上的銦將被開采殆盡。在電子工業(yè)飛速發(fā)展的今天，氧化銦錫資源的短缺愈發(fā)顯得突出。其次，目前將氧化銦錫覆蓋到玻璃或者高分子材料表面，主要使用真空蒸鍍技術(shù)，這種技術(shù)需要造價(jià)不菲的儀器設(shè)備，而且生產(chǎn)效率并不理想。短缺的資源加上昂貴的生產(chǎn)成本，使得氧化銦錫的價(jià)格近年來節(jié)節(jié)攀升，勢必影響到電子產(chǎn)品的成本。氧化銦錫還有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，它比較硬而脆，缺乏延展性，受到外力很容易出現(xiàn)裂縫，這可能會(huì)影響到電子產(chǎn)品的使用壽命。

　　正是由于氧化銦錫的這些缺點(diǎn)，近些年來，研究人員一直致力于尋找它的替代材料。其中有兩類替代材料特別引人矚目，其中一種是導(dǎo)電高分子。一般的高分子材料都是絕緣體，但是有一些高分子由于結(jié)構(gòu)特殊，能夠具有一定的導(dǎo)電性。另一種就是近年來非常熱門的石墨烯。大家都知道，石墨的結(jié)構(gòu)就像是一摞紙，每一張“紙”都是碳原子互相連接形成的層狀結(jié)構(gòu)。如果我們把這一摞“紙”打散，能得到單獨(dú)一層層狀結(jié)構(gòu)，這種非常薄的材料就被稱為石墨烯。和氧化銦錫一樣，導(dǎo)電高分子和石墨烯也同時(shí)具備良好的導(dǎo)電性和透光性。這兩種材料主要是由碳、氫、氧這些常見元素組成，在資源上幾乎可以說是“取之不盡，用之不竭”。

　　不過它們的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)不止這些。首先，導(dǎo)電高分子和石墨烯加工起來都方便許多，不需要昂貴的真空蒸鍍設(shè)備。我們可以把它們?nèi)芙饣蛘叻稚⒃谒蚱渌后w中，再像印刷書本那樣把這種“墨水”覆蓋到玻璃或者塑料的表面。其次，導(dǎo)電高分子和石墨烯都具有非常好的延展性，可以經(jīng)受相當(dāng)程度的彎曲、折疊或者擠壓而不會(huì)破裂，這是氧化銦錫望塵莫及的。用它們代替氧化銦錫有助于實(shí)現(xiàn)所謂的柔性電子產(chǎn)品（flexible electronics），這將是一項(xiàng)革命性的打破。也許在不遠(yuǎn)的將來，我們的智能手機(jī)將不再是放在口袋或者書包里，而是直接縫在衣服上；而平板電腦或者電子書閱讀器則可以像手絹一樣，用的時(shí)候打開，不用的時(shí)候疊起來。

　　無論是導(dǎo)電高分子還是石墨烯，抑或是其它替代氧化銦錫的材料，目前都還不同程度地存在一些問題需要解決。不過，隨著科技的不斷進(jìn)步，在不遠(yuǎn)的將來，氧化銦錫這種為我們的電子產(chǎn)品立下過汗馬功勞的材料，也許真的要退出我們的視線。當(dāng)然，我們大可不必為它的離去而感到悲傷：“舊的不去，新的不來”，氧化銦錫被新型透明導(dǎo)電材料取代之日，也就是我們手中的電子產(chǎn)品更新?lián)Q代之時(shí)。