Ученые нашли способ улучшить характеристики современных гаджетов
Предполагается, что разработка положительно повлияет и на генерацию солнечной электроэнергии
Быстрый и безотходный метод химической обработки пленок из углеродных нанотрубок предложили российские ученые. Разработанную в Сколтехе технологию легко интегрировать в технологию изготовления, что позволит существенно улучшить актуальные для производства сенсорных экранов и солнечных батарей.
Как выяснилось, воздействие газа диоксида азота даже в небольшом количестве при высокой температуре модифицирует нанотрубки. Их прозрачность и электропроводность повышается, а эффект сохраняется на долгое время. Ученые называют этот вид газа «Лисьим хвостом» из-за его ярко-оранжевого цвета.
До появления нанотрубок солнечные батареи, сенсорные экраны и другие устройства делали из оксида индия-олова, хрупкого и неэкологичного материала. Пленки из углеродных нанотрубок, дополненные лишь небольшим количеством других веществ, проводят электричество и пропускают видимый свет, что является идеальным сочетание свойств для прозрачных электродов.
Как рассказал научный руководитель исследования, профессор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Альберт Насибулин, легирование имеет принципиальное значение. Доступные сегодня технологии не позволяют изготовить углеродные нанотрубки такого качества, чтобы они имели необходимые характеристики в чистом виде. Нивелируется это тем, что всегда можно отрегулировать их свойства путем добавления примесей.
«Выбор той или иной легирующей добавки продиктован компромиссом между повышением проводимости, прозрачностью пленки и устойчивостью эффекта. Прежде тонкие пленки нанотрубок могли удовлетворить лишь двум критериям из трех. А сейчас нам удалось получить все три в одном материале!», – поделился Насибулин.
Пример распространенной примеси для легирования нанотрубок – тетрахлороаурат водорода. Он обеспечивает лучшую на сегодняшний день электропроводность пленок из углеродных нанотрубок – и неплохую прозрачность, но эффект сохраняется сравнительно недолго. Бромид меди и другие галогениды металлов позволяют добиться хорошего сочетания устойчивости и проводимости, но ценой меньшей прозрачности. Подобные дилеммы характерны для выбора легирующих примесей нанотрубок.
«Мы нашли вариант, который хорош во всех отношениях. Это газообразный диоксид азота, который легко интегрировать в существующие технологические цепочки синтеза, а излишки этого реагента удаляются из смеси», – добавил другой автор исследования, старший преподаватель Центра фотоники и фотонных технологий Дмитрий Красников.
Согласно результатам исследования, эффект от предлагаемой модификации нанотрубок диоксидом азота за короткое время снижается в полтора раза, после чего стабилизируется. А у нынешнего материала-чемпиона – тетрахлороаурата – эффект снижается в три раза, причем процесс деградации растянут на долгий промежуток времени. Эффект двух химикатов на электропроводность сопоставим и существенно превосходит другие известные примеси.
Научная группа ожидает, что прозрачные электроды из допированных диоксидом азота пленок углеродных нанотрубок скоро найдут применение в фотовольтаике, сенсорных дисплеях и других интерактивных поверхностях не только в гаджетах, но и в интерьерах домов и автомобилей, в общественных местах.
Кроме того, такие электроды будут биосовместимы, поэтому их можно задействовать и в имплантируемых устройствах. Оптические элементы тоже выиграют от улучшения характеристик нанотрубочных пленок.
Накануне новые аккумуляторные батареи для беспилотников увидела широкая публика на Международной выставке вертолетной индустрии HeliRussia-2024. Как рассказал коллектив МАИ, разработка поможет более чем на 30% продлить время полета дрона, не увеличивая его вес.
