电化学掺杂研究人员改进碳纳米管透明导体

阿尔托大学的 Skoltech 研究人员和他们的同事发现，用离子液体进行电化学掺杂可以显着增强由单壁碳纳米管薄膜制成的透明导体的光学和电学性能。结果发表在《碳》杂志上。

单壁碳纳米管 (SWCNT) 是无缝轧制的石墨烯片，即一个原子厚的石墨列表。就像其他新的碳同素异形体一样，SWCNT 表现出独特的特性，可用于我们日常生活中使用的新型电子设备。最有前途的应用之一是透明导体，它可用于医学、绿色能源和其他领域：在这里，SWCNT 薄膜可以替代工业标准的氧化铟锡 (ITO)。它们具有高导电性、柔韧性、可拉伸性，并且由于纳米管中的所有原子都位于其表面，因此很容易掺杂。

SWCNT 的掺杂允许通过消除具有不同性质的管之间的肖特基势垒并增加电荷载流子的浓度来显着提高薄膜电导率。此外，由于光学跃迁的取代，掺杂过程导致薄膜透射率的增加。

虽然吸附掺杂仍然是最有前途的单壁碳纳米管改性技术之一，但这种方法缺乏均匀性和可逆性。在这项新研究中，研究人员提出了一种新的可逆方法来微调 SWCNT 的费米能​​级，在抑制光学跃迁的同时显着提高电导率。为此，他们使用具有大电位窗口的离子液体进行电化学掺杂，这有利于高水平的掺杂。

“我们将 SWCNT 薄膜放入电化学电池中，并使用标准的三电极方案向纳米管施加电位。通过将负/正电位施加到 SWCNT 薄膜，在 SWCNT/离子液体界面形成双电层。后者充当平行板电容器，导致正/负电荷注入 SWCNT 膜表面，从而导致费米能级偏移，”该研究的第一作者、Skoltech 的高级研究科学家 Daria Kopylova 解释说。

科学家们能够证明他们的电化学方法可以帮助实现极高的掺杂水平，与该领域最近发表的掺杂 SWCNT 薄膜的最佳结果相当。

“这个过程是完全可逆的，以便它可用于细调单层的电子结构碳实时纳米管。与栅电压操作，则可以同时驱动的光透射率和电导率的薄膜。该这些结果为未来的电子学、电致变色器件和离子电子学开辟了新的途径，”Skoltech 光子学和量子材料中心纳米材料实验室负责人 Albert Nasibulin 说。

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