Ученые НИТУ «МИСиС» в составе международной группы ученых разработали новый метод эффективной модуляции оптоэлектронных свойств нанопленок на основе углеродных нанотрубок. Такие нанопленки могут применяться для создания гибких дисплеев и сенсорных экранов. Предложенный исследователями метод может дать новый толчок развитию гибких электронных устройств за счет снижения энергопотребления и удешевления их производства. Работа была опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry C.
Гибкая электроника — общий класс электронных устройств, которые объединяет одна характерная черта: их можно гнуть, сгибать и сворачивать. Сегодня для изготовления гибких дисплеев и сенсорных экранов применяются электропроводящие пленки на основе оксида индия-олова — полупроводникового материала, прозрачного для видимого света. Такой популярностью вещество пользуется из-за трех главных его свойств: высокой прозрачности в видимой области спектра, почти металлической проводимости и простоты технологий получения в виде тонкой пленки. При этом основными недостатками данного соединения являются высокая стоимость (в моменты пикового спроса она может достигать 750 долларов за килограмм), невысокая устойчивость к химическому воздействию, а также ограниченная гибкость, которую можно увеличить только ценой потери электропроводности.
Одной из наиболее перспективных альтернатив оксиду индия-олова являются одностенные углеродные нанотрубки. Их отличают превосходные оптико-электронные свойства, химическая стабильность, высокое содержание углерода, обеспечивающее большую прочность, и отличное сцепление с различными поверхностями — такую пленку можно нанести на любую поверхность, и она превратится в сенсорный экран. Но их оптико-электронные свойства, включая электропроводность, нельзя назвать стабильными, так как они сильно зависят от характеристик нанотрубок: их длины, плотности точечных дефектов в их структуре, соотношения полупроводящих и металлических трубок. Все это создает препятствия для их применения в коммерческих устройствах.
Международный коллектив исследователей НИТУ «МИСиС», Сколтеха, МФТИ, Университета Аалто, Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, Венского университета и финской компании Canatu Ltd предложили простой и экономичный метод улучшения оптико-электронных свойств пленок на основе одностенных углеродных нанотрубок. Ученые выяснили, что их термическая обработка при температуре 400 °C с последующим легированием спиртовым раствором золотохлористоводородной кислоты позволяет добиться рекордных показателей электропроводности.
«Оказалось, что при правильной обработке нанотрубка словно раскрывается, что позволяет молекулам присоединяться к её поверхности не только снаружи, но и изнутри. С помощью методов квантово-химического моделирования мы показали, что подобные процессы ведут к столь важному увеличению уровня допирования нанотрубок», — поясняет научный сотрудник НИТУ «МИСиС» Константин Лаприонов.
«Как результат, был достигнут новый рекорд электрической проводимости для углеродных нанотрубок, что играет одну из ключевых ролей для их использования в области гибкой электроники», — добавляет д.ф.-м.н., доцент, научный руководитель инфраструктурного проекта «Теоретическое материаловедение наноструктур» лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Павел Сорокин.
Предложенный исследователями метод позволит сократить потребление энергии устройствами и удешевить их производство.
