Elektrokemisk doping:Forskere forbedrer gennemsigtige ledere af kulstofnanorør

Skoltech-forskere og deres kolleger fra Aalto-universitetet har opdaget, at elektrokemisk doping med ionisk væske betydeligt kan forbedre de optiske og elektriske egenskaber af gennemsigtige ledere lavet af enkeltvæggede kulstof-nanorørfilm. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Kulstof .

Et enkeltvægget carbon nanorør (SWCNT) er et sømløst rullet ark af grafen, en liste over grafit, der er et atom tyk. Ligesom andre nye kulstofallotroper, SWCNT'er viser unikke egenskaber, som kan bruges i nye elektroniske enheder, som vi bruger i vores hverdag. En af de mest lovende applikationer er gennemsigtige ledere, som kan være nyttige i medicin, grøn energi, og andre felter:her, SWCNT-film kan erstatte den industrielle standard indium-tinoxid (ITO). De er meget ledende, fleksibel, strækbar og kan let doteres på grund af det faktum, at alle atomer i nanorøret er placeret på dets overflade.

Doping af SWCNT'er gør det muligt at øge filmledningsevnen betydeligt ved at eliminere Schottky-barriererne mellem rørene med forskellig natur og øge koncentrationen af ​​ladningsbærere. I øvrigt, dopingprocessen fører til en stigning i filmenes transmittans på grund af overskridelse af optiske overgange.

Mens adsorptionsdoping fortsat er en af ​​de mest lovende teknikker til SWCNT-modifikation, denne metode mangler ensartethed og reversibilitet. I den nye undersøgelse, forskere foreslår en ny reversibel metode til at finjustere Fermi-niveauet af SWCNT'er, øger ledningsevnen dramatisk, mens de optiske overgange undertrykkes. For det, de brugte elektrokemisk doping med en ionisk væske med et stort potentialevindue, hvilket letter et højt dopingniveau.

"Vi placerede den tynde SWCNT-film i en elektrokemisk celle og brugte et standardskema med tre elektroder til at påføre potentiale til nanorørene. Ved at anvende det negative/positive potentiale på SWCNT-filmen, et elektrisk dobbeltlag dannes ved grænsefladen SWCNT/ionisk væske. Sidstnævnte fungerer som parallelpladekondensator, der forårsager positiv/negativ ladningsinjektion til SWCNT-filmoverfladen og følgelig Fermi-niveauforskydningen, " forklarer Daria Kopylova, den første forfatter til undersøgelsen og seniorforsker ved Skoltech.

Forskerne var i stand til at vise, at deres elektrokemiske metode kan hjælpe med at opnå ekstremt høje dopingniveauer, sammenlignelig med de bedste resultater for dopede SWCNTs-film for nylig offentliggjort på området.

"Processen er fuldt reversibel, så den kan bruges til at finjustere den elektroniske struktur af de enkeltvæggede kulstofnanorør i realtid. Arbejder med gatespændingen, du kan drive både optisk transmittans og elektrisk ledningsevne af filmene. Resultaterne åbner nye veje for fremtidens elektronik, elektrokrome enheder, og ionotronik, " siger Albert Nasibulin, leder af Laboratory of Nanomaterials ved Skoltech Center for Photonics and Quantum Materials.