Uudenlaisia kalvoja hiilinanoputkista

Vasemmalla elektronimikroskooppikuva yksiseinäisistä hiilinanoputkista grafeenilla. Van der Waalsin vahvan vuorovaikutuksen vuoksi kimppu on romahtanut leveäksi nauhaksi. Oikealla atominen lähikuva yksittäisestä putki-grafeeni –rajapinnasta.

Aalto-yliopiston ja Wienin yliopiston tutkijat ovat yhdistäneet grafeenin ja yksiseinäiset hiilinanoputket läpinäkyväksi hybridimateriaaliksi.

Läpinäkyviä sähköä johtavia kalvoja käytetään esimerkiksi kosketusnäytöissä, orgaanisissa valodiodeissa ja aurinkokennoissa. Niihin tarvitaan kestäviä, energiatehokkaita ja vakaita materiaaleja, minkä vuoksi yritykset ja tutkijat ovat kiinnostuneita hiilipohjaisista aineista.

Yksiseinäiset hiilinanoputket ovat herättäneet erityistä kiinnostusta, sillä niistä odotetaan nykyisten metallioksidikalvojen korvaajaa.

Tutkijoiden nyt kehittämä hybridimateriaali yhdistää hiilinanoputket ja grafeenin. Materiaalin sähkönjohtavuus on parempi kuin kummallakaan sen rakenteellisella komponentilla erikseen.

Fysiikan professori Esko Kauppisen tutkimusryhmän työssä sovellettiin tutkimusryhmän kehittämiä tekniikoita ja asetettiin tiiviitä, puhtaita, sattumanvaraisesti järjestyneitä nanoputkiverkostoja grafeenin päälle.

”Kyseessä on uusi sovellus teknologioille, joita olemme kehittäneet viime vuosikymmenten aikana. Yksinkertaisesti sanottuna työssä yhdistetään kahta materiaalia ilman liuottimia”, Kauppinen kertoo.

Tutkimuksessa käytettiin termoforeesiksi kutsuttua prosessia, jolla nanoputket asetettiin esivalmistettujen grafeenielektrodien päälle. Näin aikaansaadut hybridikalvot johtivat sähköä noin kaksi kertaa odotettua paremmin.

Nanomateriaalien sähkönjohtavuus on erittäin herkkä ulkoisille vaikutuksille. Siksi on tärkeää välttää ylimääräisiä vaiheita materiaalin prosessoinnissa, kun halutaan tuottaa mahdollisimman hyvin sähköä johtava kalvo.

Wyomingin yliopiston tutkijaryhmä on ensimmäistä kertaa linjannut yksiseinäisiä hiilinanoputkia samaan suuntaan. Tämä löytö voi olla arvokas monilla tekniikan aloilla, kuten elektroniikassa, optiikassa, komposiittimateriaaleissa, nanoteknologiassa ja muissa materiaalitieteen sovelluksissa.

Professori William Rice on vastaava kirjoittaja tutkimusraportille, jonka otsikko on ”Liuospohjaisten, yksiseinäisten hiilinanoputkikalvojen globaali linjaus konenäöllä ohjattavan suodatuksen avulla”. Hiilinanoputkilla voi olla huomattava sähkönjohtavuus ja niillä on myös poikkeuksellinen vetolujuus ja lämmönjohtavuus.

”Kohdistetuilla hiilinanoputkilla on mahdollisuus toimia erinomaisina optisina polarisaattoreina, jotka ovat tärkeitä materiaalien rasituksen optisen määrittämisen kannalta. Muiden tutkijaryhmien viimeaikainen työ ehdottaa myös, että kohdistettuja nanoputkia voidaan käyttää transistoreina, polarisoituneina valonlähteinä ja suunnattuina jäähdytyselementteinä,” kommentoivat tutkijat työtään.

Aiheesta aiemmin:

Hiilinanoputkia ja grafeenia

Linjatut nanoputket kalvoiksi