Hiilinanoputket käyttöön

Duken yliopiston tutkijoiden kehittämien tekniikoiden ansiosta hiilinanoputkia voitaisiin jonain päivänä käyttää elektronisten laitteiden valmistukseen, kuten pimeänäkölaseihin ja liikeilmaisimiin aina tehokkaampiin aurinkokennoihin asti.

Hiilinanoputkista erikoisia tekevät niiden merkittävät ominaisuudet. Mutta haluttujen ominaisuuksien omaavien nanoputkien valmistaminen on haaste.

Riippuen siitä, miten ne on rullattu, joitakin nanoputkia pidetään metallisina – mikä tarkoittaa, että elektronit voivat virrata niiden läpi millä tahansa energialla. Ongelmana on, että niitä ei voi sammuttaa.

Duken kemian professori Michael Therien ja hänen tiiminsä sanovat löytäneensä tavan kiertää tämä ongelma.

Tutkijat käyttävät metallista nanoputkea, joka päästää aina virran kulkemaan mutta uusi menettelytapa saa sen muutettua puolijohtavaan muotoon, joka voidaan kytkeä päälle ja pois.

Salaisuus piilee erityisissä polymeereissä jotka kiertyvät nanoputken ympärille liitetyissä spiraaleissa. Tutkijat osoittivat myös, että muuttamalla nanoputkea ympäröivän polymeerin tyyppiä he voivat suunnitella uudenlaisia puolijohtavia nanoputkia. Ne voivat johtaa sähköä, mutta vain silloin, kun käytetään oikea määrä ulkoista energiaa.

Tätä tekniikkaa voitaisiin käyttää esimerkiksi nanoputkipuolijohteiden valmistamiseen, jotka muuntavat laajemman aallonpituuksien alueen keräämään enemmän auringon energiasta sähköksi. Tekniikka voisi olla myös ihanteellisia materiaaleja uusille laskenta- ja tiedontallennusmuodoille, jotka käyttävät elektronien spinejä varauksensa lisäksi informaation käsittelemiseen ja kuljettamiseen.

Stanfordin yliopiston tutkijat ovat puolestaan kehittäneet hiilinanoputkia hyödyntäen pehmeitä integroituja piirejä, jotka ovat tarpeeksi tehokkaita ohjaamaan mikroled-näyttöä ja tarpeeksi pieniä lukemaan tuhansia antureita yhdellä neliösenttimetrillä.

Piirien ydin ovat puolijohtavista hiilinanoputkista valmistetut venyvät transistorit sekä pehmeät elastiset elektroniikan materiaalit. Hiilinanoputkilla mahdollistetaan verkkomainen rakenne, joka voi jatkaa toimintaansa venyessään ja muotoutuessaan.

Uuden kehitystyön myötä tutkijat pystyivät sovittamaan yli 2 500 anturia ja transistoria neliösenttimetriin, mikä loi aktiivisen matriisin tuntojärjestelmän, joka on kymmenen kertaa herkempi kuin ihmisen sormenpäät. Tutkijat osoittivat, että anturiryhmä voi havaita pienten muotojen sijainnin ja suunnan tai tunnistaa kokonaisia sanoja pistekirjoituksesta.

"Tämän teknologian tulevaisuudelle on edelleen haasteita, mutta viimeaikainen kehitys avaa erittäin jännittäviä biolääketieteellisiä sovelluksia puettavalle ja implantoitavalle elektroniikalle", toteaa kemiantekniikan professori Zhenan Bao.

"Sillä on myös sovelluksia pehmeässä robotiikassa, mikä antaa roboteille tunnistustoiminnon, joka on lähellä ihmisten toimintoa ja tekee niistä turvallisempaa ihmisten kanssa työskentelyyn."

Aiheesta aiemmin:

Hiilinanoputki kvanttibittien kodiksi

Nanoputkien rullasta uudenlaista materiaalia

Kohti ihon kaltaista elektroniikkaa