Potreba pokročilých materiálov v modernej technológii stále rastie v dôsledku dopytu po efektívnejších a udržateľnejších riešeniach. Jednou z oblastí, ktorá získala významnú pozornosť, je vývoj materiálov, ktoré zlepšujú výkon solárnych panelov, dotykových obrazoviek a ďalších elektronických zariadení. Tradičné materiály často zlyhávajú v oblasti trvanlivosti, flexibility a výkonu, čo núti vedcov hľadať inovatívne alternatívy. Filmy z uhlíkových nanotrubíc ponúkajú sľubnú cestu k významným vylepšeniam.

Vedci navrhli rýchlu, škálovateľnú a bezodpadovú chemickú úpravu na zlepšenie vlastností filmov z uhlíkových nanotrubíc, čím sa stávajú ideálnymi pre zlepšenie výkonu solárnych panelov, dotykových obrazoviek a ďalších aplikácií. Ich experimenty, publikované v časopise Carbon, ukazujú, že vystavenie uhlíkových nanotrubíc malým množstvám plynného oxidom dusičitého pri zvýšených teplotách zvyšuje ich transparentnosť a elektrickú vodivosť. Táto úprava je tiež odolná voči degradácii.

Filmy z uhlíkových nanotrubíc sú vynikajúcimi vodičmi elektriny a umožňujú priechod svetla, čo ich robí ideálnymi pre použitie v transparentných elektródach. Tieto sú kritickými komponentmi solárnych článkov a dotykových obrazoviek, ktoré doteraz používali krehké a neudržateľné filmy z oxidovaného cínu india a ďalšie konvenčné materiály. V súčasnosti nanotrubice dopované ďalšími atómami poskytujú lepšiu vodivosť a transparentnosť, ako aj flexibilitu pre použitie v ohybných zariadeniach.

„Dopovanie je tu veľmi kľúčové. Bohužiaľ, súčasná technológia neumožňuje výrobu uhlíkových nanotrubíc s potrebnými vlastnosťami v čistej forme. Existuje však množstvo dopovacích činidiel, ktoré menia vlastnosti nanotrubíc. V závislosti od použitej chemikálie môže film získať buď vysokú vodivosť, alebo transparentnosť, alebo stabilitu. S trochou šťastia môžete získať dve z týchto troch vlastností. Nám sa podarilo skombinovať všetky tri,“ povedal vedúci štúdie, profesor Albert Nasibulin z Fotónického centra.

Jedným z bežne používaných dopovacích činidiel je tetrachloridaurát vodíka, ktorý poskytuje špičkový výkon v oblasti elektrickej vodivosti a pomerne dobrú transparentnosť. Táto úprava je však nestabilná a jej účinky rýchlo slabnú. Bromid medi a ďalšie halogenidy kovov ponúkajú slušnú kombináciu stability a vodivosti, ale ich transparentnosť je nedostatočná. Tieto kompromisy sú typické pre chemikálie, ktoré sa v súčasnosti používajú na dopovanie uhlíkových nanotrubíc.

„Našli sme riešenie, ktoré je dobré vo všetkých ohľadoch. Naše dopovacie činidlo je plyn nazývaný oxid dusičitý, príležitostne označovaný ako ‚líška‘ kvôli svojej jasne oranžovej farbe. V skutočnosti sme skúmali inú, dosť nestabilnú úpravu, ktorú tento plyn spôsobuje, keď sú nanotrubice vystavené pri oveľa nižších teplotách,“ povedal spoluautor štúdie docent Dmitry Krasnikov.

„Tak trochu náhodou sme narazili na inú teplotnú škálu, kde sú výsledné úpravy veľmi stabilné. Ďalšou výhodou práce s plynným činidlom je, že táto dopovacia technológia je rýchla, škálovateľná a bezodpadová. Oxid dusičitý bude ľahké integrovať do existujúcich technologických procesov a jednoducho sa odstráni z reaktora, pretože pri ochladení na 20 stupňov Celzia sa mení na kvapalinu.“

Štúdia naznačuje, že nový spôsob dopovania zažíva počas jedného roka iba 1,5-násobnú degradáciu v krátkom čase, po ktorej nasleduje stabilná fáza, v porovnaní s trojnásobnou degradáciou počas dlhého obdobia u súčasného šampióna, tetrachloridaurátu. Účinok nového činidla na vodivosť je porovnateľný s tetrachloridaurátom a prevyšuje účinok akéhokoľvek iného činidla. Transparentnosť je tiež pochvalná: ako plyn oxid dusičitý zabraňuje viacvrstvovej adsorpcii na filmy z uhlíkových nanotrubíc, čím poskytuje molekulárne tenkú vrstvu. Na rozdiel od pevných činidiel, ako je tetrachloridaurát, sa na predtým nanesených vrstvách neusádzajú ďalšie častice.

Výskumný tím očakáva, že transparentné elektródy založené na uhlíkových nanotrubiciach dopovaných oxidom dusičitým budú čoskoro začlenené do fotovoltaických prvkov, dotykových obrazoviek a ďalších interaktívnych povrchov v domácnostiach, automobiloch a verejných priestoroch. Tieto elektródy budú tiež biologicky kompatibilné, potenciálne nachádzajúc uplatnenie v implantovateľných zariadeniach.

Okrem toho optické komponenty, ako napríklad varifokálna Fresnelova zóna pre využitie terahertzového žiarenia v komunikácii 6G, ako aj lekárske zobrazovanie bez röntgenového žiarenia a bezpečnostné skeny, budú mať prospech zo zlepšených vlastností filmov z uhlíkových nanotrubíc dosiahnutých pomocou tohto nového dopovacieho činidla.

Zdroj: www.nano-magazine.com