Una scoperta di un team di ricerca dell'NDSU e del National Institute of Standards and Technology mostra che la flessibilità e la durata dei film e dei rivestimenti di nanotubi di carbonio sono intimamente legati alle loro proprietà elettroniche. La ricerca potrebbe un giorno avere un impatto su dispositivi elettronici flessibili come celle solari e sensori indossabili. La ricerca ha anche fornito a un promettente giovane studente delle superiori la possibilità di lavorare in laboratorio con scienziati di livello mondiale, dando il via alla sua potenziale carriera scientifica.
Il gruppo di ricerca, guidato da Erik Hobbie, sta lavorando per determinare perché i film sottili realizzati con nanotubi di carbonio metallici a parete singola sono superiori per potenziali applicazioni che richiedono sia prestazioni elettroniche che durata meccanica. “Una semplice ragione è che i nanotubi metallici tendono a trasportare più facilmente la carica quando si toccano, ” ha detto Hobbie. "Ma un'altra ragione meno ovvia ha a che fare con quanto i film possono flettersi senza cambiare la loro struttura su scale molto piccole".
I risultati dello studio appaiono in "Durata elettronica dei film trasparenti flessibili da nanotubi di carbonio a parete singola specifici per tipo, "pubblicato in ACS Nano.
Il team include lo studente laureato NDSU John M. Harris; ricercatore post-dottorato Ganjigunte R. Swathi Iyer; Anna K. Bernhardt, partecipante alla Scuola del Governatore del Nord Dakota; e i ricercatori del NIST Ji Yeon Huh, Steven D. Hudson e Jeffrey A. Fagan.
C'è un grande interesse nell'uso di film e rivestimenti di nanotubi di carbonio come elettrodi trasparenti flessibili in dispositivi elettronici come le celle solari. “La nostra ricerca dimostra che la flessibilità e la durata di questi film sono intimamente legate alle loro proprietà elettroniche, ” ha detto Hobbie. “Questa è un'idea molto nuova, così si spera, genererà una nuova serie di studi e domande incentrate sulle origini esatte e sulle conseguenze di questo effetto”.
Tale ricerca potrebbe potenzialmente tradursi in materiale che riduce i costi delle celle solari e porta alla possibilità di utilizzarle nell'abbigliamento o nell'elettronica pieghevole. Dispositivi elettronici attualmente in commercio che richiedono elettrodi trasparenti, come touch screen e celle solari, tipicamente usano ossido di indio e stagno, un materiale sempre più costoso. “È anche molto fragile, "ha detto Hobbie, "implicando che non può essere utilizzato in dispositivi che richiedono flessibilità meccanica come l'elettronica indossabile o pieghevole".
I nanotubi di carbonio a parete singola mostrano una promessa significativa come rivestimenti conduttivi trasparenti con elettronica eccezionale, proprietà meccaniche e ottiche. “Una caratteristica particolarmente interessante di questi film è che le proprietà fisiche possono essere regolate attraverso l'aggiunta o la sottrazione di un numero relativamente piccolo di nanotubi, "Ha detto Hobbie. “I film sottili realizzati con tali materiali hanno un enorme potenziale per applicazioni elettroniche flessibili, compresa la sostituzione dell'ossido di indio e stagno negli schermi a cristalli liquidi e nei dispositivi fotovoltaici”.
I film sottili realizzati con nanotubi di carbonio metallici a parete singola mostrano una migliore durata come rivestimenti conduttivi trasparenti flessibili, che i ricercatori attribuiscono a una combinazione di prestazioni meccaniche superiori e conduttività interfacciale superiore. Il team di ricerca ha trovato differenze significative nelle manifestazioni elettroniche delle rughe del film sottile, a seconda del tipo elettronico dei nanotubi, ed esaminato i meccanismi sottostanti.
I risultati dello studio suggeriscono che i film metallici realizzano rivestimenti conduttivi trasparenti più flessibili; hanno una maggiore conduttività e sono più durevoli. “I nostri risultati sono rilevanti per una serie di sforzi in corso in pellicole conduttrici trasparenti e dispositivi elettronici flessibili, "Ha detto Hobbie.
La ricerca è stata supportata dalla National Science Foundation tramite CMMI-0969155 e dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti tramite DE-FB36-08GO88160.
