Le pellicole conduttive trasparenti flessibili (TCF) di ampia area sono urgentemente necessarie per l'elettronica del futuro, l'optoelettronica, i dispositivi energetici e altri campi. Il TCF dell'ossido di indio-stagno (ITO), ampiamente utilizzato nella tecnologia moderna, incontra difficoltà nel soddisfare le esigenze dello sviluppo scientifico e tecnologico (in particolare una nuova generazione di dispositivi elettronici flessibili) perché l'indio è una risorsa non rinnovabile e costosa, e ITO è intrinsecamente fragile.
Attualmente, per sostituire l’ITO, sono stati sviluppati nanofilm di carbonio, nanofili metallici, polimeri conduttivi e altri materiali conduttivi trasparenti. Tra questi, un nanofilm di carbonio è considerato uno dei candidati più promettenti grazie alle sue eccellenti proprietà elettriche e ottiche, flessibilità e eccellente stabilità, nonché leggerezza, resistenza alle radiazioni e resistenza all'ultra-fatica che saranno particolarmente necessarie in futuro applicazioni aerospaziali e militari.
Tuttavia, per realizzare un'applicazione diffusa dei TCF flessibili, non è solo necessario superare la reciproca restrizione tra trasmittanza e conduttività, ma anche essere in grado di fabbricarli su una vasta area o addirittura su larga scala. Si tratta di un problema spinoso che da molti anni lascia perplessi i ricercatori nel campo dei nanomateriali di carbonio e anche nel campo dei TCF.
I ricercatori dell’Istituto di Fisica dell’Accademia Cinese delle Scienze sono impegnati da oltre 30 anni nello studio fondamentale della preparazione, delle proprietà e delle potenziali applicazioni dei nanomateriali e delle nanostrutture di carbonio a bassa dimensionalità e hanno raggiunto una serie di risultati innovativi e importanti risultati.
Lo studio, intitolato "Nanofilm di carbonio flessibili di grande area con trasmittanza e conduttività sinergicamente migliorate preparati mediante riorganizzazione di reti di nanotubi di carbonio a parete singola", è stato pubblicato su Advanced Materials .
Sulla base del loro film autoportante trasparente conduttivo di nanotubi di carbonio (CNT TCF) sviluppato in modo continuo e direttamente preparato mediante il metodo dell'aerosol, alla luce dei problemi impegnativi di cui sopra, Yue Ying, un Ph.D. il candidato, sotto la supervisione del Prof. Zhou Weiya, ha proposto una strategia avanzata di riorganizzazione della rete di nanotubi di carbonio (CNNR), ha progettato e sviluppato una tecnica innovativa CNNR guidata dalle sfaccettature (FD-CNNR), ha superato il collo di bottiglia della restrizione reciproca tra le proprietà chiave di nanofilm di carbonio e ha ottenuto la fabbricazione su vasta area e il trasferimento senza perdite di film CNT.
Fornisce uno schema efficace per risolvere il problema dei TCF flessibili su vasta area.
Basandosi sul meccanismo unico della tecnica FD-CNNR, i ricercatori hanno introdotto per la prima volta un’interazione tra nanotubi di carbonio a parete singola (SWNT) e riconfigurazione Cu-O, che consente alla rete SWNT di riorganizzarsi in un percorso conduttivo più efficiente.
Utilizzando questa tecnica, sono stati progettati e preparati TCF di nanotubi di carbonio riorganizzati (RNC-TCF) di ampia area, flessibili e indipendenti con dimensioni A3 o addirittura metri di lunghezza, incluso il film SWNT riorganizzato (RSWNT) e il film ibrido di grafene e SWNT riorganizzato. (G-RSWNT), quest'ultimo ha un'area di oltre 1.200 volte quella dei film ibridi indipendenti esistenti riportati.
Inoltre, la tecnica FD-CNNR consente a questi film leggeri di mostrare un'eccellente flessibilità, con elevata resistenza meccanica potenziata sinergicamente, trasmittanza e conduttività eccezionali e valori FOM significativi. Gli RNC-TCF preparati su vasta area possono rimanere indipendenti sulla superficie dell'acqua e possono essere trasferiti su altri substrati target senza contaminazione e danni.
Sulla base di un G-RSWNT TCF di ampia area e di uno strato di cristalli liquidi, è stata fabbricata una nuova finestra intelligente flessibile in formato A4 con molteplici funzioni come riscaldamento rapido, oscuramento controllabile e disappannamento. La tecnica FD-CNNR non solo può essere estesa alla preparazione di TCF su vasta area o addirittura su larga scala, ma fornisce anche una nuova idea per la progettazione di TCF e altri film funzionali.
Questo lavoro compensa le carenze della ricerca nel campo dei film ibridi di nanotubi di grafene e carbonio di ampia area e si prevede che promuova la preparazione su larga scala di nanofilm di carbonio conduttivi di ampia area, flessibili, indipendenti, leggeri e trasparenti e le loro future applicazioni nei campi dell'elettronica flessibile, dei dispositivi fotovoltaici, dell'ingegneria ottica, dell'intelligenza artificiale, dell'architettura avanzata, dei trasporti e persino dell'aerospaziale, ecc.
Ulteriori informazioni: Ying Yue et al, Nanofilm di carbonio flessibili di ampia area con trasmittanza e conduttività migliorate sinergicamente, preparati riorganizzando le reti di nanotubi di carbonio a parete singola, Materiali avanzati (2024). DOI:10.1002/adma.202313971
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
