Transparante geleidende films (TCF's) hebben veel toepassingen in aanraakschermen, organische lichtemitterende diodes en zonnecellen. Deze toepassingen hebben materialen nodig die sterk zijn, energiezuinig en stabiel, daarom zijn bedrijven en onderzoekers geïnteresseerd in op koolstof gebaseerde materialen. Dit geldt vooral voor netwerken van enkelwandige koolstofnanobuisjes, die naar verwachting de metaaloxidefilms zullen vervangen die momenteel worden gebruikt.

Grafeen is het dunst denkbare materiaal; het is slechts één atomaire laag koolstofatomen. Als je dit in een cilinder rolt, krijg je een koolstofnanobuis, die beter geschikt is voor het transporteren van elektriciteit in toepassingen in de echte wereld. In een artikel gepubliceerd in ACS Nano , wetenschappers van de Aalto University en de Universiteit van Wenen introduceren een hybride materiaal gemaakt door koolstofnanobuizen en grafeen te combineren, die de geleidbaarheid van de film verbetert tot meer dan mogelijk is wanneer elk van deze componentstructuren afzonderlijk wordt gebruikt.

De groep van professor Kauppinen bij Aalto heeft jarenlange ervaring met het maken van koolstofnanobuisjes voor TCF's. Dit nieuwe werk past de technieken toe die ze hebben ontwikkeld om dicht opeengepakte en schone willekeurige nanobuisnetwerken op grafeen te plaatsen. "Dit is een andere toepassing van de technologieën die we de afgelopen decennia hebben ontwikkeld. Simpel gezegd, dit werk gaat over hoe de twee materialen worden samengevoegd zonder oplosmiddelen, " legt Kauppinen uit.

In de studie, de wetenschappers gebruikten een proces genaamd thermoforese om nanobuisjes op geprefabriceerde grafeenelektroden te deponeren. De geleidbaarheid van de hybride films was ongeveer twee keer zo hoog als voorspeld.

De experimenten uitgevoerd door het team van de Universiteit van Wenen, onder leiding van Jani Kotakoski, toonde aan dat de sterke elektrische interacties van grafeen de stroom van elektronen tussen de nanobuisjes verbeterden door ladingtunneling aan te moedigen. Het team gebruikte een scanning-transmissie-elektronenmicroscoop om het materiaal te bekijken op de schaal van individuele atomen, en zag dat de van der Waals-interactie tussen het grafeen en nanobuisjes sterk genoeg was om de cirkelvormige nanobuisbundels in platte linten samen te vouwen.

De hoofdwetenschapper van de groep uit Wenen, Kimmo Mustonen, legt uit:"Dit is echt een ingenieuze aanpak. Het ladingstransport in nanomaterialen is erg gevoelig voor externe factoren. Wat je echt wilt, is onnodige bewerkingsstappen vermijden als je de ideale geleidende film wilt maken." Mustonen voegt toe, “Het is eigenlijk best opmerkelijk. We wisten natuurlijk dat de interactie vrij sterk is. denk aan grafiet; het is gewoon een groot aantal grafeenlagen die door hetzelfde mechanisme met elkaar zijn verbonden. Toch hadden we niet verwacht dat het zo'n sterke invloed heeft op de geleidbaarheid."

De resultaten bieden mogelijkheden om de geleidbaarheid van vergelijkbare hybride nanomaterialen te verbeteren. Het artikel is gepubliceerd in " ACS Nano " september 2019.