Ученые Сколтеха предложили быстрый, масштабируемый и безотходный метод химической обработки, позволяющий придать пленкам углеродных нанотрубок все необходимые свойства для улучшения производительности солнечных панелей, сенсорных экранов и многого другого.

Как сообщает журнал Carbon, эксперименты группы показывают, что воздействие даже небольших количеств газообразного диоксида азота при повышенных температурах модифицирует пленки углеродных нанотрубок таким образом, что способствует как прозрачности, так и электропроводности , и эта модификация противостоит деградации.

Пленки углеродных нанотрубок проводят электричество и пропускают свет, что делает их отличным материалом для прозрачных электродов . Они необходимы для солнечных элементов и сенсорных экранов, в которых раньше использовались хрупкие и неустойчивые пленки оксида индия и олова и другие традиционные материалы.

На сегодняшний день углеродные нанотрубки, легированные дополнительными атомами других элементов, обеспечивают лучшую проводимость и прозрачность, а также изгибающую способность гибких устройств.

«Легирование здесь очень важно. К сожалению, современные технологии не позволяют производить углеродные нанотрубки, которые в чистом виде имели бы необходимые характеристики. Тем не менее, существует целый ряд легирующих агентов, которые изменяют свойства нанотрубок. В зависимости от того, какое химическое вещество используется Если повезет, можно будет сделать пленку либо высокопроводящей, либо прозрачной, либо стабильной. Нам удалось объединить все три», — сказал главный исследователь исследования профессор Альберт Насибулин из Центра фотоники.

Одним из распространенных допирующих агентов является, например, тетрахлораурат водорода. Он обеспечивает максимальную производительность с точки зрения электропроводности нанотрубок, а также достаточно хорошую прозрачность. Однако эта модификация довольно нестабильна, поэтому эффект быстро проходит.

Бромид меди и другие галогениды металлов обеспечивают приличное сочетание стабильности и проводимости, но прозрачность плохая. Подобные компромиссы связаны с любым химическим веществом, используемым сегодня для легирования углеродных нанотрубок.

«Мы нашли решение, которое приносит пользу во всех отношениях. Наш допинговый агент — это газ, называемый диоксидом азота, который иногда называют «лисьим хвостом» из-за его ярко-оранжевого цвета. На самом деле мы исследовали еще одну, довольно нестабильную модификацию, которую вызывает этот газ. когда нанотрубки подвергаются воздействию гораздо более низких температур», — добавил соавтор исследования, доцент Дмитрий Красников.

«Как бы случайно мы наткнулись на другой диапазон температур, при котором полученные модификации очень стабильны. Еще одним преимуществом работы с газофазным агентом является то, что он делает технологию легирования быстрой, масштабируемой и безотходной. Действительно, азот Диоксид будет легко интегрироваться в существующие технологические процессы, и его легко удалять из реактора, поскольку при охлаждении до 20 градусов Цельсия он превращается в жидкость».

Согласно исследованию, в течение года эффект от нового допинга снижается всего в 1,5 раза за короткий период времени, за которым следует стабильное плато, по сравнению с трехкратным ухудшением в течение длительного периода для нынешнего. Чемпион тетрахлораурата.

Эффект нового агента на проводимость сравним с эффектом тетрахлораурата и лучше, чем у любого другого агента. Прозрачность тоже хорошая: будучи газом, диоксид азота, похоже, избегает многослойной адсорбции на пленках углеродных нанотрубок, образуя слой исключительно молекулярной толщины. В отличие от твердых агентов, в том числе тетрахлораурата, дополнительные частицы не оседают поверх ранее нанесенных.

Команда надеется, что прозрачные электроды на основе углеродных нанотрубок, легированные диоксидом азота , вскоре появятся в фотоэлектрических элементах, сенсорных экранах и других интерактивных поверхностях в домах, автомобилях и общественных местах. Такие электроды также будут биологически совместимы, поэтому их можно будет использовать в имплантируемых устройствах.

Оптические компоненты, такие как варифокальная зонная пластина Френеля для использования терагерцового излучения в связи 6G, а также безрентгеновские медицинские изображения и сканирование безопасности, также выиграют от улучшенных характеристик пленок углеродных нанотрубок, достигнутых с помощью нового легирующего агента.