I ricercatori di Skoltech e i loro colleghi dell'Università di Aalto hanno scoperto che il drogaggio elettrochimico con liquido ionico può migliorare significativamente le proprietà ottiche ed elettriche dei conduttori trasparenti realizzati con pellicole di nanotubi di carbonio a parete singola. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Carbonio .

Un nanotubo di carbonio a parete singola (SWCNT) è un foglio arrotolato senza giunture di grafene, un elenco di grafite dello spessore di un atomo. Proprio come altri nuovi allotropi del carbonio, Gli SWCNT dimostrano proprietà uniche che possono essere impiegate in nuovi dispositivi elettronici che utilizziamo nella nostra vita quotidiana. Una delle applicazioni più promettenti sono i conduttori trasparenti, che può essere utile in medicina, energia verde, e altri campi:qui, I film SWCNT possono sostituire l'ossido di indio-stagno (ITO) standard industriale. sono altamente conduttivi, flessibile, estensibile e può essere facilmente drogato grazie al fatto che tutti gli atomi nel nanotubo si trovano sulla sua superficie.

Il drogaggio di SWCNT consente di aumentare significativamente la conduttività del film eliminando le barriere Schottky tra i tubi di diversa natura e aumentando la concentrazione dei portatori di carica. Inoltre, il processo di drogaggio porta ad un aumento della trasmittanza dei film a causa del superamento delle transizioni ottiche.

Mentre il drogaggio ad adsorbimento rimane una delle tecniche più promettenti per la modifica SWCNT, questo metodo manca di uniformità e reversibilità. Nel nuovo studio, i ricercatori propongono un nuovo metodo reversibile per mettere a punto il livello di Fermi degli SWCNT, aumentando drasticamente la conduttività mentre le transizioni ottiche vengono soppresse. Per questo, hanno usato il drogaggio elettrochimico con un liquido ionico con una grande finestra di potenziale, che facilita un alto livello di doping.

"Abbiamo posizionato il film sottile SWCNT nella cella elettrochimica e utilizzato uno schema standard a tre elettrodi per applicare il potenziale ai nanotubi. Applicando il potenziale negativo/positivo al film SWCNT, un doppio strato elettrico è formato all'interfaccia SWCNT/liquido ionico. Quest'ultimo agisce come condensatore a piastre parallele provocando l'iniezione di carica positiva/negativa sulla superficie del film SWCNT e di conseguenza lo spostamento di livello di Fermi, " spiega Daria Kopylova, il primo autore dello studio e ricercatore senior presso Skoltech.

Gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che il loro metodo elettrochimico può aiutare a raggiungere livelli di doping estremamente elevati, paragonabile ai migliori risultati per i film di SWCNT drogati recentemente pubblicati nel settore.

"Il processo è completamente reversibile in modo che possa essere utilizzato per mettere a punto la struttura elettronica dei nanotubi di carbonio a parete singola in tempo reale. Operando con la tensione di gate, è possibile pilotare sia la trasmittanza ottica che la conduttività elettrica dei film. I risultati aprono nuove strade per l'elettronica del futuro, dispositivi elettrocromici, e ionotronica, "dice Albert Nasibulin, capo del Laboratorio di Nanomateriali presso lo Skoltech Center for Photonics and Quantum Materials.