روکش‌های شفاف و رسانای ساخته شده ‌از نانولوله‌های کربنی

محققانی در آمریکا نانولوله‌های فلزی را برای ساختن فیلم‌های
نازکی استفاده کرده‌اند که نیمه‌شفاف هستند و انعطاف‌پذیری و
هدایت بالایی دارند. این فیلم‌ها در رنگ‌های متنوعی ساخته
شده‌اند.

در حال حاضر محققان تلاش‌های بسیاری برای یافتن مواد الکترود
شفاف جدید با پایداری خوب، شفافیت بالا و هدایت عالی، انجام می‌دهند.
در این زمینه فیلم‌های مبتنی بر نانولوله‌های کربنی اخیراً
توجه بسیاری را به خود جلب کرده‌اند.
دکتر مارک هِرسام، استاد مهندسی و علوم مواد در دانشگاه نورث‌وسترن
و یکی از این محققان، توضیح داد: «اگرچه در سال‌های اخیر،
توسعه رساناهای شفاف نانولوله کربنی تک‌جداره (SWCNT) پیشرفت
زیادی داشته‌است؛ اما کارهای قبلی در نتیجه چندپراکندگی (polydispersity)
اجتناب‌ناپذیر نانولوله‌های کربنی تک جداره تولید شده، محدود
شده بودند. این چند پراکندگی باعث می‌شود که نتوان از خواص بی‌نظیر
نانولوله‌های کربنی تک‌جداره به طور کامل استفاده کرد».
این مشکل چندپراکندگی (در آنجایی که یک دسته از نانولوله‌های
کربنی تک‌جداره حاوی موادی با یک توزیع قطرها و خواص
الکترونیکی متفاوت، تولید می‌شود.) همچنین در کارهای قبلی،
توزیع پهن خواص نوری و الکتریکی این مواد نانولوله‌ای، سبب
کاهش نتایج بهینه برای شبکه‌های نانولوله‌ای رسانای شفاف شده
بود.
این محققان با به کارگیری یک روش معروف به اُلتراسانتریفوژ
گرادیان چگالی (DGU)، نانولوله‌های کربنی تک‌جداره‌ای با خواص
نوری و الکتریکی یکنواخت تولید کرده‌اند که آنها را قادر به
تولید رساناهای شفاف حاوی درصد بالایی از نانولوله‌های تک
جداره فلزی با توزیع قطر باریک، می‌کند. این فیلم تشکیل‌شده‌
از این نانولوله‌های کربنی بسیار خالص، دارای بهبود ده برابری
در هدایت در مقایسه با مواد نانولوله کربنی موجود، بود. هرسام
توضیح داد که در فرآیند DGU نانولوله‌های کربنی مرحله
اُلتراسانتریفوژ را طی می‌کنند و بعد از آن نوارهای رنگی از
نانولوله‌های تک جداره مرتب‌شده، می‌توانند بازیافت شوند و
مستقیماً داخل فیلم‌های رسانای شفاف، یکپارچه شوند.
هرسام ادامه داد: «فیلم‌های تولیدشده ‌از نانولوله‌های کربنی
فلزی مرتب‌شده، نسبت به فیلم‌های تولیدشده ‌از نانولوله‌های
مرتب‌نشده، دو مزیت عمده دارند. اولاً، DGU نانولوله‌های رسانا
را به طور ضعیف و نانولوله‌های نیمه‌رسانا و ناخالصی‌های کربنی
جاذب را به طور قوی حذف می‌کند، و در نتیجه انتقال نور و
عملکرد الکتریکی این رسانای شفاف را افزایش می‌دهد. ثانیاً، با
توجه به اینکه جذب نوری نانولوله‌های فلزی شدیداً وابسته به
قطر است، کنترل قطر نانولوله‌ها در سطح انگستروم به وسیله DGU
بسیار مفید است. در این روکش‌های نانولوله کربنی رسانای نیمه‌شفاف،
خواص نوری رسانای شفاف با دقت بیشتری قابل کنترل است».
هرسام بیان کرد که فیلم‌های نازک نانولوله کربنی بسیار خالص نه
تنها توان بالقوه‌ای برای استفاده در کاربردهای رایج دارند،
بلکه توسعه فناوری‌های نوظهور از قبیل دیودهای انتشار دهنده
نور آلی و افزاره‌های فتوولتائیک آلی را نیز شتاب می‌دهند.
انتظار می‌رود اهمیت این فناوری‌های انرژی جایگزین و مؤثر در
آینده نه چندان دور افزایش یابد.
نتایج این تحقیق در مجله Nano Letters منتشر شده‌ است.