Een ontdekking door een onderzoeksteam van NDSU en het National Institute of Standards and Technology toont aan dat de flexibiliteit en duurzaamheid van koolstof nanobuisfilms en coatings nauw verbonden zijn met hun elektronische eigenschappen. Het onderzoek kan ooit invloed hebben op flexibele elektronische apparaten zoals zonnecellen en draagbare sensoren. Het onderzoek bood ook een veelbelovende jonge middelbare scholier de kans om in het lab te werken met wetenschappers van wereldklasse, haar potentiële wetenschappelijke carrière een vliegende start te geven.

Het onderzoeksteam, onder leiding van Erik Hobbie, onderzoekt waarom dunne films gemaakt van metalen enkelwandige koolstofnanobuizen superieur zijn voor potentiële toepassingen die zowel elektronische prestaties als mechanische duurzaamheid vereisen. "Een simpele reden is dat de metalen nanobuisjes de neiging hebben om lading gemakkelijker te transporteren wanneer ze elkaar raken, ’ zei Hobby. "Maar een andere, minder voor de hand liggende reden heeft te maken met hoeveel de films kunnen buigen zonder hun structuur op zeer kleine schaal te veranderen."

Resultaten van het onderzoek verschijnen in "Electronic Durability of Flexible Transparent Films from Type-Specific Single-Wall Carbon Nanotubes, ” gepubliceerd in ACS Nano.

Het team omvat NDSU-afgestudeerde student John M. Harris; postdoctoraal onderzoeker Ganjigunte R. Swathi Iyer; Anna K. Bernhardt, Deelnemer van de North Dakota Governor's School; en NIST-onderzoekers Ji Yeon Huh, Steven D. Hudson en Jeffrey A. Fagan.

Er is grote belangstelling voor het gebruik van koolstof nanobuis films en coatings als flexibele transparante elektroden in elektronische apparaten zoals zonnecellen. "Ons onderzoek toont aan dat de flexibiliteit en duurzaamheid van deze films nauw verbonden zijn met hun elektronische eigenschappen, ’ zei Hobby. “Dit is een heel nieuw idee, dus hopelijk, het zal een nieuwe reeks onderzoeken en vragen opleveren die gericht zijn op de exacte oorsprong en gevolgen van dit effect.”

Dergelijk onderzoek kan mogelijk resulteren in materiaal dat de kosten van zonnecellen verlaagt en leidt tot de mogelijkheid om ze te gebruiken in kleding of opvouwbare elektronica. Elektronische apparaten die momenteel op de markt zijn en die transparante elektroden vereisen, zoals touchscreens en zonnecellen, gebruiken meestal indiumtinoxide, een steeds duurder materiaal. “Het is ook heel broos, ’ zei hobbie, "wat inhoudt dat het niet kan worden gebruikt in apparaten die mechanische flexibiliteit vereisen, zoals draagbare of opvouwbare elektronica."

Enkelwandige koolstofnanobuizen zijn veelbelovend als transparante geleidende coatings met uitstekende elektronische, mechanische en optische eigenschappen. “Een bijzonder aantrekkelijk kenmerk van deze films is dat de fysieke eigenschappen kunnen worden afgestemd door het optellen of aftrekken van een relatief klein aantal nanobuisjes, ’ zei Hobby. “Dunne films gemaakt van dergelijke materialen hebben een enorm potentieel voor flexibele elektronicatoepassingen, inclusief de vervanging van indiumtinoxide in lcd-schermen en fotovoltaïsche apparaten.”

Dunne films gemaakt van metalen enkelwandige koolstofnanobuizen vertonen een betere duurzaamheid als flexibele transparante geleidende coatings, die de onderzoekers toeschrijven aan een combinatie van superieure mechanische prestaties en hogere grensvlakgeleiding. Het onderzoeksteam vond significante verschillen in de elektronische manifestaties van dunnefilmrimpels, afhankelijk van het elektronische type van de nanobuisjes, en onderzocht de onderliggende mechanismen.

De resultaten van de studie suggereren dat de metaalfilms betere flexibele transparante geleidende coatings maken; ze hebben een hogere geleidbaarheid en zijn duurzamer. “Onze resultaten zijn relevant voor een aantal voortdurende inspanningen op het gebied van transparante geleidende films en flexibele elektronische apparaten, ’ zei Hobby.

Het onderzoek werd ondersteund door de National Science Foundation via CMMI-0969155 en het Amerikaanse ministerie van Energie via DE-FB36-08GO88160.