Een team van Rice University heeft een methode gevonden om bijna transparante films van elektrisch geleidende koolstofnanobuisjes te produceren. een doel gezocht door onderzoekers over de hele wereld.

Het laboratorium van Rice-onderzoeker Matteo Pasquali ontdekte dat dia's gedompeld in een oplossing van zuivere nanobuisjes in chloorsulfonzuur (CSA) een gelijkmatige laag nanobuisjes achterlieten die, na verdere verwerking, had geen van de nadelen die bij andere methoden werden gezien.

De films kunnen geschikt zijn voor flexibele elektronische displays en touchscreens, volgens het artikel dat deze maand in het tijdschrift American Chemical Society is gepubliceerd ACS Nano .

"Ik denk dat dit in de toekomst de manier zou kunnen zijn waarop hoogwaardige transparante elektroden worden gemaakt, " zei Pasquali, een professor in de chemische en biomoleculaire engineering en in de chemie. "De oplossing is eenvoudig. Het is een heel eenvoudig proces."

De methode is schaalbaar naar processen met hoge doorvoer, zoals slot, glij- en rolcoating gebruikt door de industrie, zei Pasquali.

Een frustrerend kenmerk van nanobuisjes, bijzonder lange, is dat ze elkaar aantrekken in gemeenschappelijke oplosmiddelen, waardoor het een uitdaging is om ze te verspreiden. Lange nanobuisjes worden beschouwd als de sleutel tot hoogwaardige films.

Onderzoekers hebben andere manieren geprobeerd om te voorkomen dat ze aggregeren, zei Pasquali. Het functionaliseren van nanobuisjes - ze aankleden met chemicaliën - kan ze minder aantrekkelijk maken voor elkaar, maar het verslechtert hun gewenste elektrische eigenschappen. Combinaties van oppervlakteactieve stoffen en ultrasoonapparaat zijn ook geprobeerd, maar de nanobuisjes breken tijdens sonicatie, en de oppervlakteactieve stof laat een residu achter dat niet kan worden weggewassen, hij zei.

Deze methoden, gecombineerd met verschillende middelen van mechanische coating, zijn gebruikt om nanobuisfilms te maken, maar geen enkele met het kwaliteitsniveau van het Pasquali-lab. De rijstfilms die zijn gemaakt van nanobuisjes die duizenden keren langer zijn dan breed, elektrisch stabiel blijven na meer dan drie maanden, zei afgestudeerde student en hoofdauteur Francesca Mirri.

De nanobuisjes, letterlijk, moest een zuurtest doorstaan. "(CSA) is het zuur dat we gewoonlijk in ons laboratorium gebruiken, dus het eerste wat we zeggen als we een nieuw type koolstofnanobuisjes krijgen, is:'OKE, laten we het in zuur stoppen en kijken wat er gebeurt, '" zei Mirri. In eerder onderzoek, Pasquali's lab had vastgesteld dat CSA nanobuisjes van hoge kwaliteit kan oplossen, omdat het zuur afstotende krachten tussen de buisjes induceert die de van der Waalskracht die ze samentrekt, tegengaan.

Mirri en haar collega's maakten films door enkel- of dubbelwandige koolstofnanobuisjes te combineren met CSA in verschillende concentraties. Ze doopten glasplaatjes in de nanobuisoplossingen met een gemotoriseerde arm om een ​​gelijkmatige coating te garanderen terwijl de objectglaasjes gestaag werden teruggetrokken.

Ze gebruikten chloroform om het zuur te coaguleren en de glaasjes te drogen, gevolgd door wassen met diethylether. De onderzoekers waren verrast toen ze ontdekten dat de chloroform de dunne vloeistoflaag niet verstoorde. Het resultaat was een film van enkele nanometers dik die de beste afweging bood tussen transparantie en velweerstand, een maat voor de geleidbaarheid.

Mirri ziet nanobuisfilms als een levensvatbaar alternatief voor indiumtinoxide (ITO), de huidige standaard geleidende laag in transparante displays. "Iedereen gebruikt ITO voor commerciële toepassingen, maar het probleem is dat het keramiek is en erg kwetsbaar, "zei ze. "Het is niet goed voor flexibele elektronica, en vereist ook processen bij hoge temperatuur of vacuüm om te produceren; dat verbruikt meer energie en maakt het duurder.

"Onze dunne film voor zoiets als een mobiele telefoon zou heel weinig materiaal nodig hebben - een paar microgram nanobuisjes - dus het zou niet zo duur zijn, maar het zou vergelijkbare eigenschappen in transparantie en geleidbaarheid hebben als ITO, " ze zei.