NDSU nanoforskning kan påvirke fleksible elektroniske enheder

En opdagelse fra et forskerhold ved NDSU og National Institute of Standards and Technology viser, at fleksibiliteten og holdbarheden af ​​kulstof-nanorørfilm og -belægninger er tæt forbundet med deres elektroniske egenskaber. Forskningen kan en dag påvirke fleksible elektroniske enheder såsom solceller og bærbare sensorer. Forskningen gav også en lovende ung gymnasieelev chancen for at arbejde i laboratoriet med videnskabsmænd i verdensklasse, sætte gang i hendes potentielle videnskabelige karriere.

Forskerholdet, ledet af Erik Hobbie, arbejder på at afgøre, hvorfor tynde film fremstillet af metalliske enkeltvæggede kulstofnanorør er overlegne til potentielle applikationer, der kræver både elektronisk ydeevne og mekanisk holdbarhed. "En simpel grund er, at de metalliske nanorør har en tendens til at transportere ladning lettere, når de rører hinanden, sagde Hobbie. "Men en anden mindre indlysende grund har at gøre med, hvor meget filmene kan bøje sig uden at ændre deres struktur i meget små skalaer."

Resultater fra undersøgelsen vises i "Electronic Durability of Flexible Transparent Films from Type-Specific Single-Wall Carbon Nanotubes, ” udgivet i ACS Nano.

Holdet omfatter NDSU kandidatstuderende John M. Harris; postdoc-forsker Ganjigunte R. Swathi Iyer; Anna K. Bernhardt, North Dakota Governor's School deltager; og NIST-forskere Ji Yeon Huh, Steven D. Hudson og Jeffrey A. Fagan.

Der er stor interesse for at bruge kulstof nanorør film og belægninger som fleksible transparente elektroder i elektroniske enheder såsom solceller. "Vores forskning viser, at fleksibiliteten og holdbarheden af ​​disse film er tæt forbundet med deres elektroniske egenskaber, sagde Hobbie. "Dette er en meget ny idé, så forhåbentlig, det vil generere en ny række undersøgelser og spørgsmål fokuseret på den nøjagtige oprindelse og konsekvenser af denne effekt."

Sådan forskning kan potentielt resultere i materiale, der reducerer omkostningerne til solceller og fører til muligheden for at bruge dem i tøj eller sammenfoldelig elektronik. Elektroniske enheder på markedet, der i øjeblikket kræver gennemsigtige elektroder, som touchskærme og solceller, bruger typisk indiumtinoxid, et stadig dyrere materiale. "Den er også meget skør, " sagde Hobbie, "antyder, at det ikke kan bruges i enheder, der kræver mekanisk fleksibilitet som bærbar eller foldbar elektronik."

Enkeltvæggede kulstof nanorør viser betydeligt løfte som gennemsigtige ledende belægninger med fremragende elektronisk, mekaniske og optiske egenskaber. "Et særligt attraktivt træk ved disse film er, at de fysiske egenskaber kan indstilles gennem addition eller subtraktion af et relativt lille antal nanorør, " sagde Hobbie. "Tynde film fremstillet af sådanne materialer rummer et enormt potentiale for fleksible elektronikapplikationer, herunder udskiftning af indiumtinoxid i flydende krystalskærme og fotovoltaiske enheder."

Tynde film lavet af metalliske enkeltvæggede kulstof nanorør viser bedre holdbarhed som fleksible transparente ledende belægninger, som forskerne tilskriver en kombination af overlegen mekanisk ydeevne og højere grænsefladeledningsevne. Forskerholdet fandt betydelige forskelle i de elektroniske manifestationer af tyndfilmsrynkning, afhængigt af den elektroniske type af nanorørene, og undersøgte de underliggende mekanismer.

Resultaterne af undersøgelsen tyder på, at de metalliske film giver bedre fleksible gennemsigtige ledende belægninger; de har højere ledningsevne og er mere holdbare. "Vores resultater er relevante for en række igangværende bestræbelser inden for gennemsigtige dirigentfilm og fleksible elektroniske enheder, " sagde Hobbie.

Forskningen blev støttet af National Science Foundation gennem CMMI-0969155 og US Department of Energy gennem DE-FB36-08GO88160.