(Phys.org) — I ricercatori dell'Università di Yale hanno sviluppato un metodo semplice per controllare il "doping" dei nanotubi di carbonio (CNT), un processo chimico che ottimizza le proprietà dei tubi. Segnalato il 29 aprile in Nano lettere , il metodo potrebbe migliorare l'utilità dei CNT drogati in una serie di nanotecnologie ed elettronica flessibile, comprese le celle solari ibride CNT-silicio.
Guidati da André Taylor della Yale School of Engineering &Applied Science e Nilay Hazari del dipartimento di chimica di Yale, i ricercatori hanno sviluppato un metodo che utilizza composti organici con un nucleo metallico, noti come metalloceni, per produrre due possibili tipi di CNT drogati.
Una piccola quantità di metalloceni in soluzione si deposita sui CNT, che vengono poi fatti ruotare ad alta velocità. Questo semplice processo di "spin coating" distribuisce la soluzione in modo uniforme sulla superficie dei CNT, con conseguente elevati livelli di drogaggio che possono migliorare l'utilità elettrica.
Utilizzando il metodo, i ricercatori hanno scoperto che il drogaggio con metalloceni carenti di elettroni, come quelli con un nucleo di cobalto, si traduce in CNT con più "buchi" di elettroni caricati positivamente rispetto agli elettroni caricati negativamente disponibili per riempire quei buchi; questi CNT sono conosciuti come "p-type" a causa della loro carica positiva. D'altra parte, drogaggio con metalloceni ricchi di elettroni, come quelli con un nucleo di vanadio, si traduce in CNT di "tipo n" con carica negativa, che hanno più elettroni che lacune.
Secondo la squadra, che include anche i dottorandi Xiaokai Li (autore principale) e Louise Guard, i metalloceni sono la prima famiglia generica di molecole che ha dimostrato di produrre drogaggio sia di tipo p che di tipo n.
"Abbiamo dimostrato che modificando le coordinate metalliche di un metallocene, potremmo effettivamente rendere questi nanotubi di carbonio di tipo p o di tipo n a piacimento, e possiamo anche andare avanti e indietro tra i due, " ha detto Taylor, che è professore associato di ingegneria chimica e ambientale. Hazari è assistente professore di chimica.
Il ritrovamento è significativo, Taylor ha detto, perché sebbene il doping di tipo p sia comune e si verifica anche naturalmente quando i CNT interagiscono con l'aria, i precedenti metodi di drogaggio di tipo n producevano bassi livelli di drogaggio che non potevano essere utilizzati efficacemente nei dispositivi. Il metodo del team di Yale ha prodotto una cella al silicio CNT di tipo n più di 450 volte più efficiente delle migliori celle solari di questo tipo.
"Se hai un alto rapporto di doping, allora hai un miglior trasporto di elettroni, migliore mobilità, e in definitiva un dispositivo più funzionante, " ha detto Taylor. "Come tale, questi risultati ci portano un passo avanti verso il nostro obiettivo di migliorare l'efficienza delle celle solari ibride".
