Исследователи Сколтеха и их коллеги из Университета Аалто обнаружили, что электрохимическое легирование с использованием ионной жидкости может значительно улучшить оптические и электрические свойства прозрачных проводников из пленок однослойных углеродных нанотрубок.
В Сколтехе предложили использовать электрохимическое легирование для улучшения свойств прозрачных проводников из углеродных нанотрубок / ©www.mein-leben.at
Результаты исследования опубликованы в журнале Carbon. Однослойная углеродная нанотрубка (ОУНТ) представляет собой свернутый в бесшовную трубку лист графена толщиной в один атом. Подобно другим новым аллотропным формам углерода, ОУНТ обладают уникальными свойствами, благодаря которым их можно применять в современных электронных устройствах, используемых в повседневной жизни.
Одним из наиболее перспективных применений ОУНТ являются прозрачные проводники, которые можно использовать в медицине, «зеленой» энергетике и других областях взамен традиционного оксида индия-олова (ITO), являющегося промышленным стандартом. Прозрачные проводники из пленок ОУНТ обладают высокой проводимостью, гибкостью, эластичностью и легко поддаются легированию за счет того, что все атомы нанотрубки сосредоточены на ее поверхности.
Легирование ОУНТ позволяет не только значительно увеличить проводимость пленки за счет устранения барьеров Шоттки между трубками различной природы, но и увеличить концентрацию носителей заряда в трубках. Кроме того, в результате легирования происходит подавление оптических переходов и, как следствие, увеличение коэффициента пропускания.
Одним из наиболее перспективных методов модификации ОУНТ считается метод адсорбционного легирования, однако, он имеет ряд недостатков, в частности, он не является равномерным и обратимым. В своей новой работе исследователи предложили новый, обратимый метод тонкой настройки уровня Ферми ОУНТ, который позволяет существенно увеличить проводимость при подавлении оптических переходов. Для этой цели ученые использовали метод электрохимического легирования ионной жидкостью с широким потенциальным окном, что позволило добиться высокого уровня легирования.
«Мы поместили тонкую пленку из ОУНТ в электрохимическую ячейку и использовали стандартную трехэлектродную схему для приложения потенциала к нанотрубкам. При задании отрицательного/положительного потенциала к пленке из ОУНТ, на границе раздела между ОУНТ и ионной жидкостью образуется двойной электрический слой, который выступает в роли параллельного конденсатора. Благодаря этому происходит инжекция положительного/отрицательного заряда на поверхность пленки из ОУНТ и, как следствие, сдвиг уровня Ферми», − рассказывает первый автор статьи, старший научный сотрудник Сколтеха Дарья Копылова.
Ученым удалось показать, что при помощи их электрохимического метода можно добиться чрезвычайно высоких уровней легирования, не уступающих лучшим результатам для легированных пленок из ОУНТ, опубликованным за последнее время. «Поскольку процесс является полностью обратимым, его можно использовать для точной настройки электронной структуры ОУНТ в режиме реального времени.
Варьируя потенциал рабочего электрода, можно управлять как коэффициентом пропускания, так и электропроводимостью пленок. Полученные результаты открывают новые возможности для перспективных направлений электроники, электрохромных устройств и ионтроники», − отмечает руководитель Лаборатории наноматериалов Центра фотоники и квантовых материалов Сколтеха профессор Альберт Насибулин.
