Nanorör är starkare än stål och mindre än någon del av kiselbaserad elektronik. De kan potentiellt bearbeta information snabbare samtidigt som de använder mindre energi. Utmaningen har varit att ta reda på hur man kan integrera dessa egenskaper i användbara elektroniska enheter. Nu forskare vid University of California, Riverside har upptäckt att genom att tillsätta jonisk vätska - ett slags flytande salt - kan de modifiera den optiska transparensen hos enkelväggiga kolnanorörsfilmer i ett kontrollerat mönster.
Den atomstora världen av kolnanorör har stora löften för en framtid som kräver mindre och snabbare elektroniska komponenter. Nanorör är starkare än stål och mindre än något element i kiselbaserad elektronik – den allestädes närvarande komponenten i dagens elektriska apparater – och har bättre ledningsförmåga, vilket innebär att de potentiellt kan bearbeta information snabbare samtidigt som de använder mindre energi.
Utmaningen har varit att ta reda på hur man kan integrera alla dessa fantastiska egenskaper i användbara elektroniska enheter. En ny upptäckt av fyra forskare vid University of California, Riverside har fört oss närmare målet. De upptäckte att genom att tillsätta jonisk vätska - ett slags flytande salt - kan de modifiera den optiska transparensen hos enkelväggiga kolnanorörsfilmer i ett kontrollerat mönster.
"Det var en upptäckt, inte något vi letade efter, sa Robert Haddon, chef för UC Riversides Center for Nanoscale Science and Engineering. Forskarna Feihu Wang, Mikhail Itkis och Elena Bekyarova tittade på sätt att förbättra det elektriska beteendet hos kolnanorör, och som en del av sin forskning tittade de också på om de kunde modulera filmernas transparens. En artikel om deras fynd publicerades online i april i Naturfotonik .
Forskarna ägnade lite tid åt att försöka påverka de optiska egenskaperna hos kolnanorörsfilmer med ett elektriskt fält, med liten framgång, sa Itkis, en forskare vid Center for Nanoscale Science and Engineering. "Men när vi applicerade ett tunt lager av en jonisk vätska ovanpå nanorörsfilmen märkte vi att förändringen av transparens förstärks 100 gånger och att förändringen i transparens inträffar i närheten av en av elektroderna, så vi började studera vad som orsakar dessa drastiska förändringar och hur man skapar transparens i kontrollerade mönster."
En jonisk vätska innehåller negativa och positiva joner som kan interagera med nanorören, dramatiskt påverkar deras förmåga att lagra en elektrisk laddning. Det ökar eller minskar deras transparens, liknande det sätt som glasögon mörknar i solljus. Genom att lära sig hur man manipulerar transparensen, forskare kanske kan börja införliva nanorörsfilmer i produkter som nu är beroende av långsammare eller tyngre komponenter, såsom metalloxid.
Till exempel, genom att använda nanorörsfilmer som är maskade med en film av jonisk vätska, forskare kan skapa mer kostnadseffektiva Smart Windows, som mörknar när det är varmt ute och blir ljusare när det är kallt.
"Smarta Windows är en ny industri som har visat sig spara 50 procent av dina energikostnader, " sa Itkis. "En mycket varm dag kan du skugga ditt fönster bara genom att vrida på en strömbrytare, så du behöver inte använda så mycket luftkonditionering. Och en vinterdag, du kan göra ett fönster mer genomskinligt för att släppa in mer ljus."
Forskarna behöver fortfarande studera den ekonomiska lönsamheten av att använda nanorörsfilm, men Bekyarova sa att en möjlig fördel skulle vara att kolnanorör är ultratunna - ungefär 1, 000 gånger mindre än ett enda hårstrå – så du skulle behöva väldigt lite för att täcka ett stort område, till exempel fönstren i en stor byggnad.
Itkis sa att nanorörsfilmer också lovar mycket när det gäller att bygga lättare och mer kompakta analytiska instrument som spektrometrar, som används för att analysera ljusets egenskaper.
I denna ansökan, en nanorörsfilm med en rad elektroder kan användas som ett elektriskt konfigurerbart diffraktionsgitter för en infraröd spektrometer, gör att ljusets våglängd kan skannas utan rörliga delar.
Vidare, genom att använda adresserbara elektroder, det rumsliga mönstret för den inducerade transparensen i nanorörsfilmen kan modifieras på ett kontrollerat sätt och användas som ett elektriskt konfigurerbart optiskt medium för lagring och överföring av information via ljusmönster.
Kolnanorör har stor potential, men det finns fortfarande mycket arbete att göra för att göra dem användbara inom elektronik och optoelektronik, sa Haddon.
"Utmaningen är att utnyttja deras enastående egenskaper, " sa han. "De kommer inte att vara tillgängliga på Home Depot nästa vecka, men det finns fortsatta framsteg på området."
