Исследователи Сколковского института науки и технологии вместе с коллегами из Университета Аалто выяснили, что электрохимическое легирование с использованием ионной жидкости позволяет улучшить оптические и электрические свойства прозрачных проводников из однослойных углеродных нанотрубок. Работа исследователей опубликована в журнале Carbon.

Однослойные углеродные нанотрубки (ОУНТ) представляют собой свернутые в форму трубки листы графена. Уникальные свойства этой модификации углерода позволяют применять их в современных электронных устройствах. Одно из самых перспективных применений ОУНТ — прозрачные проводники, которые можно использовать в медицине, «зеленой» энергетике и других областях вместо традиционного оксида индия-олова (ITO). Такие прозрачные проводники обладают высокой проводимостью, гибкостью, эластичностью, и их легко можно легировать благодаря тому, что все атомы нанотрубки сосредоточены на ее поверхности.

С помощью легирования ОУНТ можно не только значительно повысить проводимость пленки за счет устранения барьеров Шоттки между трубками различной природы, но и увеличить концентрацию носителей заряда в трубках. Более того, в результате легирования в материале подавляются оптические переходы и, как следствие, увеличивается коэффициент пропускания.

Для модификации ОУНТ сегодня чаще всего используют метод адсорбционного легирования, однако он обладает рядом недостатков, в частности, неравномерностью легирования и необратимостью. В новом исследовании российские ученые вместе с зарубежными коллегами предложили новый, обратимый метод тонкой настройки уровня Ферми ОУНТ, с помощью которого можно существенно повысить проводимость при подавлении оптических переходов. Для этого авторы использовали метод электрохимического легирования ионной жидкостью с широким потенциальным окном.

«Мы помещали тонкую пленку из ОУНТ в электрохимическую ячейку и использовали стандартную трехэлектродную схему для приложения потенциала к нанотрубкам. При приложении отрицательного/положительного потенциала к пленке из ОУНТ на границе раздела между ней и ионной жидкостью образовался двойной электрический слой, который играл роль параллельного конденсатора. Благодаря этому происходила инжекция положительного/отрицательного заряда на поверхность пленки из ОУНТ и, как следствие, сдвиг уровня Ферми», — рассказывает первая автор статьи, старший научный сотрудник Сколтеха Дарья Копылова.

Ученые смогли показать, что с помощью их электрохимического метода можно добиться чрезвычайно высоких уровней легирования, не уступающих лучшим из имеющихся на сегодняшний день результатов.