Zatímco jednovrstvé uhlíkové nanotrubice (SWCNT) našly více použití ve výrobě, v nátěrových hmotách, v plastech, ve stavebních materiálech a kosmetice, jediným odvětvím, kde to mělo největší dopad, je elektronika.

Vývoj vylepšených elektrických zařízení, která obsahují nanotechnologie, však vyžaduje dobrou zásobu čistých a levných uhlíkových nanotrubic.

Mikroprocesory vyrobené z uhlíkových nanotrubic z dřívějšího výzkumu.

Nyní kombinovaný tým z Aalto University ve Finsku a Nagoya University v Japonsku objevil způsob, jak vybudovat mnohem čistší uhlíkové nanotrubice desetkrát rychleji než současné metody. Průlom, který slibuje revoluci v nanomateriálovém průmyslu a všech produktech s nimi vytvořených.

Až dosud byl trh nanomateriálů kompromisem mezi čistotou a nízkou cenou. Bez čistých nanomateriálů klesá kvalita elektronického zařízení, například průhledného tranzistoru pro obrazovku mobilního telefonu. Zařízení fungují lépe, pokud používají čistší nanomateriálové ingredience, ale toto něco stojí.

Jak vysvětluje web NASA: „Existuje několik technik pro výrobu uhlíkových nanotrubic, z nichž všechny vyžadují drahé vybavení a procesy založené na použití kovových katalyzátorů.“ Problémem dosažení kvalitních uhlíkových nanotrubic je: „Tyto katalyzátory je obtížné úplně odstranit později z post-produkčních nanotrubic, dokonce i po vyčištění. “

Snímek elektronového mikroskopu jednoho z 1000 zařízení na čipu. Bílá čára mezi oběma elektrodami je jedinou uhlíkovou nanotrubicí, která se testuje.

Kromě toho, i když se kupují kvalitní uhlíkové nanotrubice (možná až za $1 000 za gram), proces jejich použití k vytvoření tranzistoru je pomalý a špinavý. Může trvat několik dní, než se surový nanomateriál převede na tranzistor, a dokonce i poté se chemikálie a katalyzátory, které k tomu používají, se často připojují ke zkumavkám, čímž se snižuje jejich čistota.

Aby se zabránilo této kontaminaci, vymyslel finsko japonský tým vedený Prof. Esko I. Kauppinenem z Katedry aplikované fyziky univerzity Aalto nový přístup k výrobě uhlíkových nanotrubic pro elektronická zařízení používající aerosoly kovových katalyzátorů a plynů obsahujících uhlík. Technika, která poskytla týmu mnohem větší kontrolu nad výrobou a formou struktury nanotrubic.

Nový proces navíc umožňuje syntetizovat stovky jednotlivých uhlíkových nanotrubicových tranzistorových zařízení za méně než 3 hodiny, což je desetinásobné zvýšení účinnosti.

Vědci nyní zveřejnili svá zjištění „Rychlý a ultračistý přístup k měření transportních vlastností uhlíkových nanotrubic“ v časopise Advanced Functional Materials. Zde vysvětlují proces jako „… výrobu stovek ultračistých tranzistorů s efektem pole (FET)… pomocí jednostěnných uhlíkových nanotrubic (SWCNTs). Syntéza nanomateriálu se provádí pomocí chemické depozice parami katalyzátoru s chemickým vylučováním, která se používá k výrobě vysoce výkonných tenkovrstvých tranzistorů. V kombinaci se spodními kontakty kovového palladia jsou transportní vlastnosti jednotlivých SWCNT přímo odhaleny. Výsledné FET založené na SWCNT vykazují průměrnou mobilitu terénních efektů, která je 3,3krát vyšší než mobilita vysoce kvalitně řešených zpracovaných CNT

Testování čipu, který obsahuje více než 1 000 tranzistorů velikosti nano z uhlíkových nanotrubic.

Tato vysoká mobilita s efektním polem je úměrná čistotě zařízení a to je to, co nejvíce zaujme. Zatímco u ostatních tranzistorů SWCNT dochází k degradaci v důsledku zpracování chemikálií připojujících se k jejich povrchu, tato nová zařízení se nyní nazývají „ultračistá“.

Mít tak čistotu v tranzistoru dále umožňuje týmu analyzovat, jak SWCNT manipulují s elektrony.

"Tato čistá zařízení nám pomáhají měřit vnitřní vlastnosti materiálu," vysvětluje Dr. Nan Wei, postdoktorský výzkumný pracovník ve skupině. "A velký počet zařízení pomáhá získat systematičtější porozumění nanomateriálům, než jen pár datových bodů."

Ve Finsku a Japonsku již probíhá práce na tom, jak využít komerční výhody nové metody. To zahrnuje studium vodivé vlastnosti svazkových tranzistorů SWCNT jako způsobu zlepšení výkonu flexibilních vodivých filmů. Vědci se také domnívají, že by to mohla být cesta k nerozbitným telefonům a technologie nositelnosti.

Může to však být jen způsob, jak vyrobit čistší a levnější uhlíkové nanotrubice.


Fotografický kredit: Aalto, a News