Transparenta ledande filmer (TCF) har många applikationer i pekskärmar, organiska lysdioder och solceller. Dessa applikationer behöver material som är starka, energieffektiv och stabil, det är därför företag och forskare är intresserade av kolbaserade material. Detta gäller särskilt nätverk av enkelväggiga kolnanorör, som förväntas ersätta de metalloxidfilmer som för närvarande används.

Grafen är det tunnaste tänkbara materialet; det är bara ett atomlager av kolatomer. Att rulla detta till en cylinder gör ett kolnanorör, som är bättre lämpad för att bära el i verkliga tillämpningar. I en artikel publicerad i ACS Nano , forskare vid Aalto-universitetet och universitetet i Wien introducerar ett hybridmaterial tillverkat genom att kombinera kolnanorör och grafen, vilket förbättrar filmens konduktivitet utöver vad som är möjligt när man använder var och en av dessa komponentstrukturer separat.

Professor Kauppinens grupp vid Aalto har många års erfarenhet av att tillverka kolnanorör för TCF. Detta nya arbete tillämpar de tekniker de har utvecklat för att placera tätt packade och rena slumpmässiga nanorörnätverk på grafen. "Detta är ytterligare en tillämpning av den teknologi vi har utvecklat under de senaste decennierna. Enkelt uttryckt, detta arbete handlar om hur de två materialen sätts ihop utan lösningsmedel, " förklarar Kauppinen.

I studien, forskarna använde en process som kallas termofores för att deponera nanorör på prefabricerade grafenelektroder. Hybridfilmernas ledningsförmåga var ungefär dubbelt så hög som förutspått.

Experimenten utförda av teamet vid universitetet i Wien, ledd av Jani Kotakoski, visade att de starka elektriska interaktionerna av grafen förbättrade flödet av elektroner mellan nanorören genom att uppmuntra laddningstunnling. Teamet använde ett sveptransmissionselektronmikroskop för att titta på materialet på skalan av enskilda atomer, och såg att van der Waals interaktion mellan grafen och nanorör var tillräckligt stark för att kollapsa de cirkulära nanorörsbuntarna till platta band.

Den ledande forskaren från Wiengruppen, Kimmo Mustonen, förklarar:"Detta är verkligen ett genialiskt tillvägagångssätt. Laddningstransporten i nanomaterial är mycket känslig för externa faktorer. Vad du verkligen vill är att undvika onödiga bearbetningssteg om ditt mål är att göra den perfekta ledande filmen." Mustonen tillägger, "Det är faktiskt ganska anmärkningsvärt. Vi visste förstås att interaktionen är ganska stark. Till exempel, tänk på grafit; det är bara ett stort antal grafenlager sammanbundna av samma mekanism. Ändå förväntade vi oss inte att det skulle ha en så stark inverkan på konduktiviteten."

Resultaten ger möjligheter att förbättra konduktiviteten hos liknande hybridnanomaterial. Artikeln publicerades i " ACS Nano " i september 2019.