Skoltech-onderzoekers en hun collega's van de Aalto University hebben ontdekt dat elektrochemische doping met ionische vloeistof de optische en elektrische eigenschappen van transparante geleiders gemaakt van enkelwandige koolstofnanobuisfilms aanzienlijk kan verbeteren. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Koolstof .

Een enkelwandige koolstofnanobuis (SWCNT) is een naadloos opgerold vel grafeen, een lijst van grafiet dat één atoom dik is. Net als andere nieuwe koolstofallotropen, SWCNT's vertonen unieke eigenschappen die kunnen worden gebruikt in nieuwe elektronische apparaten die we in ons dagelijks leven gebruiken. Een van de meest veelbelovende toepassingen zijn transparante geleiders, die nuttig kunnen zijn in de geneeskunde, groene energie, en andere velden:hier, SWCNT-films kunnen de industriële standaard indium-tinoxide (ITO) vervangen. Ze zijn zeer geleidend, flexibel, rekbaar en kan gemakkelijk worden gedoteerd vanwege het feit dat alle atomen in de nanobuis zich op het oppervlak bevinden.

Doping van SWCNT's maakt het mogelijk om de geleidbaarheid van de film aanzienlijk te verhogen door de Schottky-barrières tussen de buizen met verschillende aard te elimineren en de concentratie van ladingsdragers te verhogen. Bovendien, het doteringsproces leidt tot een toename van de transmissie van de films als gevolg van vervanging van optische overgangen.

Hoewel adsorptiedoping een van de meest veelbelovende technieken voor SWCNT-modificatie blijft, deze methode mist uniformiteit en omkeerbaarheid. In de nieuwe studie onderzoekers stellen een nieuwe omkeerbare methode voor om het Fermi-niveau van SWCNT's te verfijnen, drastisch verhogen van de geleidbaarheid terwijl de optische overgangen worden onderdrukt. Voor deze, ze gebruikten elektrochemische doping met een ionische vloeistof met een groot potentiaalvenster, wat een hoog dopingniveau mogelijk maakt.

"We plaatsten de SWCNT-dunne film in een elektrochemische cel en gebruikten een standaardschema met drie elektroden om potentiaal op de nanobuisjes toe te passen. Met het toepassen van de negatieve / positieve potentiaal op de SWCNT-film, een elektrische dubbellaag wordt gevormd op het grensvlak SWCNT/ionische vloeistof. De laatste fungeert als parallelle plaatcondensator en veroorzaakt positieve/negatieve ladingsinjectie op het SWCNT-filmoppervlak en bijgevolg de Fermi-niveauverschuiving, " legt Daria Kopylova uit, de eerste auteur van de studie en senior onderzoeker bij Skoltech.

De wetenschappers konden aantonen dat hun elektrochemische methode kan helpen bij het bereiken van extreem hoge dopingniveaus, vergelijkbaar met de beste resultaten voor gedoteerde SWCNTs-films die onlangs in het veld zijn gepubliceerd.

"Het proces is volledig omkeerbaar, zodat het kan worden gebruikt om de elektronische structuur van de enkelwandige koolstofnanobuisjes in realtime te verfijnen. Werkend met de poortspanning, u kunt zowel de optische transmissie als de elektrische geleidbaarheid van de films aansturen. De resultaten openen nieuwe wegen voor toekomstige elektronica, elektrochrome apparaten, en ionotronica, " zegt Albert Nasibulin, hoofd van het laboratorium voor nanomaterialen bij het Skoltech Center for Photonics and Quantum Materials.