Forskere undersøger egenskaber ved hybridsystemer bestående af kulstofnanostrukturer og et farvestof

Forskere rundt om i verden ser på, hvordan de kan manipulere egenskaberne af kulstofnanostrukturer for at tilpasse dem til specifikke formål; tanken er at gøre de lovende miniformatmaterialer kommercielt levedygtige. Et hold ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har nu formået selektivt at påvirke egenskaberne af hybridsystemer bestående af kulstof-nanostrukturer og et farvestof.

Carbon nanostrukturer tilbyder et stort potentiale. Både to-dimensionelle grafen og en-dimensionelle carbon nanorør har unikke egenskaber, der gør dem interessante, når det kommer til mulige industrielle anvendelser. Carbon nanostrukturer kunne bruges i nye former for solenergisystemer i kombination med et farvestof, der absorberer lys ved bølgelængder i det nære infrarøde område, for eksempel. Dermed, i modsætning til konventionelle solenergigeneratorer, disse nye systemer ville ikke kun bruge stråling med bølgelængder i det synlige område, men også i det nære infrarøde område. Dette er, imidlertid, kun et af en række potentielle anvendelsesområder - nanostrukturerne kunne også bruges i sensorteknologi, i elektroder til touchskærme og i felteffekttransistorer.

Men forskerne skal først forstå de mekanismer, der forekommer i hybridsystemerne, der består af kulstof-nanostrukturer og et farvestof, før de kan generere dem i en form, hvor de kan anvendes i faktiske applikationer. Et forskerhold ved FAU's Chair of Physical Chemistry I er nu et skridt tættere på at nå dette mål.

Alexandra Roth og Christoph Schierl fra holdet ledet af professor Guldi skabte hybridsystemer bestående af grafen og et farvestof og kulstof nanorør og et farvestof i laboratoriet - nemlig i væskefasen, en teknik, der holder omkostningerne nede og sikrer, at materialerne er nemmere at håndtere. En særlig fordel for deres forskning var, at de formåede at generere og analysere begge hybridsystemer på samme tid. Denne tilgang gjorde det muligt at vurdere og evaluere dataene for begge systemer og dermed sammenligne dem.

Ændringer i de fotovoltaiske egenskaber indikerede, at materialerne faktisk havde dannet hybridsystemer. Forskerne var i stand til at påvise, at ved hjælp af interaktioner i grundtilstanden, farvestoffet havde en specifik effekt på de elektroniske egenskaber af kulstofnanostrukturerne. Denne vellykkede manipulation af hybridsystemers egenskaber har bragt forskerne et skridt tættere på at opnå evnen til effektivt at anvende disse kulstofnanostrukturer i virkelige applikationer.

Derudover de fandt også ud af, at når lys blev brugt til at stimulere systemerne, hvert farvestofmolekyle overførte en elektron til kulstofstrukturerne, som derefter blev overført tilbage til farvestoffet efter få nanosekunder - et væsentligt krav, hvis systemerne skal bruges i farvesensibiliserede solceller.