Le pellicole conduttive trasparenti (TCF) hanno molte applicazioni nei touch screen, diodi organici emettitori di luce e celle solari. Queste applicazioni richiedono materiali resistenti, efficiente dal punto di vista energetico e stabile, ecco perché aziende e ricercatori sono interessati ai materiali a base di carbonio. Ciò vale soprattutto per le reti di nanotubi di carbonio a parete singola, che dovrebbero sostituire i film di ossido di metallo attualmente utilizzati.

Il grafene è il materiale più sottile che si possa immaginare; è solo uno strato atomico di atomi di carbonio. Arrotolandolo in un cilindro si fa un nanotubo di carbonio, che è più adatto a trasportare elettricità nelle applicazioni del mondo reale. In un articolo pubblicato su ACS Nano , scienziati dell'Università di Aalto e dell'Università di Vienna introducono un materiale ibrido realizzato combinando nanotubi di carbonio e grafene, che migliora la conduttività del film oltre ciò che è possibile quando si utilizzano ciascuna di queste strutture componenti separatamente.

Il gruppo del professor Kauppinen ad Aalto ha anni di esperienza nella produzione di nanotubi di carbonio per TCF. Questo nuovo lavoro applica le tecniche che hanno sviluppato per posizionare reti di nanotubi casuali dense e pulite sul grafene. "Questa è un'altra applicazione delle tecnologie che abbiamo sviluppato negli ultimi decenni. In parole povere, questo lavoro riguarda come i due materiali vengono messi insieme senza solventi, " spiega Kauppinen.

Nello studio, gli scienziati hanno utilizzato un processo chiamato termoforesi per depositare nanotubi su elettrodi di grafene prefabbricati. Le conduttività dei film ibridi erano circa il doppio del previsto.

Gli esperimenti condotti dal team dell'Università di Vienna, guidato da Jani Kotakoski, hanno mostrato che le forti interazioni elettriche del grafene hanno migliorato il flusso di elettroni tra i nanotubi incoraggiando il tunneling di carica. Il team ha utilizzato un microscopio elettronico a scansione a trasmissione per osservare il materiale sulla scala dei singoli atomi, e vide che l'interazione di van der Waals tra il grafene e i nanotubi era abbastanza forte da far collassare i fasci di nanotubi circolari in nastri piatti.

Lo scienziato capo del gruppo di Vienna, Kimmo Mustonen, spiega:"Questo è davvero un approccio ingegnoso. Il trasporto di carica nei nanomateriali è molto sensibile a qualsiasi fattore esterno. Quello che vuoi veramente è evitare passaggi di elaborazione non necessari se il tuo obiettivo è creare il film conduttivo ideale". Mustone aggiunge, "In realtà è piuttosto notevole. Ovviamente sapevamo che l'interazione è piuttosto forte. Ad esempio, pensa alla grafite; è solo un gran numero di strati di grafene legati insieme dallo stesso meccanismo. Eppure non ci aspettavamo che avesse un impatto così forte sulla conduttività".

I risultati forniscono opportunità per migliorare la conduttività di nanomateriali ibridi simili. L'articolo è stato pubblicato su " ACS Nano " nel settembre 2019.