Nanobuisjes zijn sterker dan staal en kleiner dan elk element van op silicium gebaseerde elektronica. Ze kunnen informatie mogelijk sneller verwerken en minder energie verbruiken. De uitdaging was om uit te zoeken hoe deze eigenschappen in bruikbare elektronische apparaten kunnen worden verwerkt. Nu wetenschappers aan de Universiteit van Californië, Riverside heeft ontdekt dat ze door het toevoegen van ionische vloeistof - een soort vloeibaar zout - de optische transparantie van enkelwandige koolstofnanobuisjesfilms in een gecontroleerd patroon kunnen wijzigen.

De wereld van koolstofnanobuizen ter grootte van een atoom is veelbelovend voor een toekomst die kleinere en snellere elektronische componenten vereist. Nanobuisjes zijn sterker dan staal en kleiner dan elk element van op silicium gebaseerde elektronica - het alomtegenwoordige onderdeel van de hedendaagse elektrische apparaten - en hebben een betere geleidbaarheid, wat betekent dat ze mogelijk informatie sneller kunnen verwerken en minder energie verbruiken.

De uitdaging was om uit te zoeken hoe al die geweldige eigenschappen in bruikbare elektronische apparaten kunnen worden verwerkt. Een nieuwe ontdekking door vier wetenschappers van de Universiteit van Californië, Riverside heeft ons dichter bij het doel gebracht. Ze ontdekten dat ze door het toevoegen van ionische vloeistof - een soort vloeibaar zout - de optische transparantie van enkelwandige koolstof nanobuisfilms in een gecontroleerd patroon kunnen wijzigen.

"Het was een ontdekking, niet iets waar we naar op zoek waren, " zei Robert Haddon, directeur van UC Riverside's Center for Nanoscale Science and Engineering. Wetenschappers Feihu Wang, Mikhail Itkis en Elena Bekyarova keken naar manieren om het elektrische gedrag van koolstofnanobuisjes te verbeteren. en als onderdeel van hun onderzoek keken ze ook of ze de transparantie van de films konden moduleren. In april verscheen een artikel over hun bevindingen online Natuurfotonica .

De wetenschappers hebben enige tijd geprobeerd om de optische eigenschappen van koolstofnanobuisfilms met een elektrisch veld te beïnvloeden, met weinig succes, zei Itki, een onderzoeker bij het Center for Nanoscale Science and Engineering. "Maar toen we een dunne laag van een ionische vloeistof op de nanobuisfilm aanbrachten, merkten we dat de verandering van transparantie 100 keer wordt versterkt en dat de verandering in transparantie optreedt in de buurt van een van de elektroden, dus begonnen we te onderzoeken wat deze drastische veranderingen veroorzaakt en hoe we transparantie kunnen creëren in gecontroleerde patronen."

Een ionische vloeistof bevat negatieve en positieve ionen die kunnen interageren met de nanobuisjes, hun vermogen om een ​​elektrische lading op te slaan dramatisch beïnvloeden. Dat vergroot of verkleint hun transparantie, vergelijkbaar met de manier waarop een bril donkerder wordt in zonlicht. Door te leren hoe je de transparantie kunt manipuleren, wetenschappers kunnen mogelijk nanobuisfilms gaan inbouwen in producten die nu afhankelijk zijn van langzamere of zwaardere componenten, zoals metaaloxide.

Bijvoorbeeld, met behulp van nanobuisfilms die zijn verweven met een film van ionische vloeistof, wetenschappers zouden meer kosteneffectieve Smart Windows kunnen creëren, die donker worden als het buiten warm is en lichter worden als het koud is.

"Smart Windows is een nieuwe industrie waarvan is aangetoond dat het 50 procent van uw energiekosten bespaart, " zei Itki. "Op een erg warme dag kun je je raam afschermen door gewoon aan een schakelaar te draaien, dus je hoeft minder airco te gebruiken. En op een winterse dag, je kunt een raam transparanter maken om meer licht binnen te laten."

De wetenschappers moeten de economische levensvatbaarheid van het gebruik van nanobuisfilm nog bestuderen, maar Bekyarova zei dat een mogelijk voordeel zou zijn dat koolstofnanobuisjes ultradun zijn - ongeveer 1, 000 keer kleiner dan een enkele haarlok, dus je zou heel weinig nodig hebben om een ​​groot gebied te bedekken, zoals de ramen van een groot gebouw.

Itki zei dat nanobuisfilms ook veelbelovend zijn voor het bouwen van lichtere en compactere analytische instrumenten zoals spectrometers, die worden gebruikt om de eigenschappen van licht te analyseren.

In deze toepassing, een nanobuisfilm met een reeks elektroden kan worden gebruikt als een elektrisch configureerbaar diffractierooster voor een infraroodspectrometer, waardoor de golflengte van het licht kan worden gescand zonder bewegende delen.

Verder, door gebruik te maken van adresseerbare elektroden, het ruimtelijke patroon van de geïnduceerde transparantie in de nanobuisfilm kan op een gecontroleerde manier worden gewijzigd en worden gebruikt als een elektrisch configureerbaar optisch medium voor opslag en overdracht van informatie via lichtpatronen.

Koolstofnanobuisjes hebben een groot potentieel, maar er is nog veel werk aan de winkel om ze bruikbaar te maken in elektronica en opto-elektronica, zei Haddon.

"De uitdaging is om hun uitstekende eigenschappen te benutten, "zei hij. "Ze zullen volgende week niet beschikbaar zijn bij Home Depot, maar er is voortdurende vooruitgang in het veld."