Skoltech-forskare och deras kollegor från Aalto-universitetet har upptäckt att elektrokemisk dopning med jonisk vätska avsevärt kan förbättra de optiska och elektriska egenskaperna hos transparenta ledare gjorda av enkelväggiga kolnanorörsfilmer. Resultaten publicerades i tidskriften Kol .

Ett enkelväggigt kolnanorör (SWCNT) är ett sömlöst rullat ark av grafen, en lista över grafit som är en atom tjock. Precis som andra nya kolallotroper, SWCNTs visar unika egenskaper som kan användas i nya elektroniska enheter som vi använder i vårt dagliga liv. En av de mest lovande tillämpningarna är transparenta ledare, som kan vara användbart inom medicin, grön energi, och andra fält:här, SWCNT-filmer kan ersätta industristandarden indium-tennoxid (ITO). De är mycket ledande, flexibel, töjbar och kan lättdopas på grund av att alla atomer i nanoröret ligger på dess yta.

Doping av SWCNT gör det möjligt att avsevärt öka filmens konduktivitet genom att eliminera Schottky-barriärerna mellan rören med olika karaktär och öka koncentrationen av laddningsbärare. Dessutom, dopningsprocessen leder till en ökning av filmernas transmittans på grund av ersättning av optiska övergångar.

Även om adsorptionsdopning fortfarande är en av de mest lovande teknikerna för SWCNT-modifiering, denna metod saknar enhetlighet och reversibilitet. I den nya studien, forskare föreslår en ny reversibel metod för att finjustera Fermi-nivån för SWCNT, ökar dramatiskt konduktiviteten medan de optiska övergångarna undertrycks. För detta, de använde elektrokemisk dopning med en jonisk vätska med ett stort potentialfönster, vilket underlättar en hög dopingnivå.

"Vi placerade den tunna SWCNT-filmen i en elektrokemisk cell och använde standardschemat med tre elektroder för att applicera potential på nanorören. Genom att applicera den negativa/positiva potentialen på SWCNT-filmen, ett elektriskt dubbelskikt bildas vid gränssnittet SWCNT/jonisk vätska. Den senare fungerar som kondensator med parallella plattor som orsakar positiv/negativ laddningsinjektion till SWCNT-filmytan och följaktligen Fermi-nivåförskjutningen, " förklarar Daria Kopylova, studiens första författare och senior forskare vid Skoltech.

Forskarna kunde visa att deras elektrokemiska metod kan hjälpa till att uppnå extremt höga dopningsnivåer, jämförbar med de bästa resultaten för dopade SWCNTs filmer som nyligen publicerats på området.

"Processen är helt reversibel så att den kan användas för att finjustera den elektroniska strukturen hos de enkelväggiga kolnanorören i realtid. Arbetar med grindspänningen, du kan driva både optisk transmittans och elektrisk ledningsförmåga hos filmerna. Resultaten öppnar nya vägar för framtida elektronik, elektrokroma anordningar, och jonotronik, " säger Albert Nasibulin, chef för Laboratory of Nanomaterials vid Skoltech Center for Photonics and Quantum Materials.