Une découverte réalisée par une équipe de recherche du NDSU et du National Institute of Standards and Technology montre que la flexibilité et la durabilité des films et des revêtements de nanotubes de carbone sont intimement liées à leurs propriétés électroniques. La recherche pourrait un jour avoir un impact sur les appareils électroniques flexibles tels que les cellules solaires et les capteurs portables. La recherche a également fourni à un jeune lycéen prometteur la chance de travailler en laboratoire avec des scientifiques de classe mondiale, relancer sa carrière scientifique potentielle.

L'équipe de recherche, dirigé par Erik Hobbie, cherche à déterminer pourquoi les films minces fabriqués à partir de nanotubes de carbone métalliques à paroi unique sont supérieurs pour les applications potentielles qui exigent à la fois des performances électroniques et une durabilité mécanique. « Une raison simple est que les nanotubes métalliques ont tendance à transporter la charge plus facilement lorsqu'ils se touchent, ", a déclaré Hobbie. "Mais une autre raison moins évidente a à voir avec la capacité des films à fléchir sans changer leur structure à très petite échelle."

Les résultats de l'étude apparaissent dans « Durabilité électronique des films transparents flexibles à partir de nanotubes de carbone à paroi unique spécifiques au type, » publié dans ACS Nano.

L'équipe comprend l'étudiant diplômé du NDSU John M. Harris; chercheur postdoctoral Ganjigunte R. Swathi Iyer; Anna K. Bernhardt, Un participant à l'école du gouverneur du Dakota du Nord ; et les chercheurs du NIST Ji Yeon Huh, Steven D. Hudson et Jeffrey A. Fagan.

Il existe un grand intérêt pour l'utilisation de films et de revêtements de nanotubes de carbone comme électrodes transparentes flexibles dans les dispositifs électroniques tels que les cellules solaires. « Nos recherches démontrent que la flexibilité et la durabilité de ces films sont intimement liées à leurs propriétés électroniques, ", a déclaré Hobbie. "C'est une idée très nouvelle, donc j'espère, il générera une nouvelle série d'études et de questions axées sur les origines exactes et les conséquences de cet effet.

Une telle recherche pourrait potentiellement aboutir à un matériau qui réduirait les coûts des cellules solaires et permettrait de les utiliser dans des vêtements ou des appareils électroniques pliables. Appareils électroniques actuellement sur le marché qui nécessitent des électrodes transparentes, comme les écrans tactiles et les cellules solaires, utilisent généralement de l'oxyde d'indium et d'étain, un matériau de plus en plus cher. « Il est aussi très cassant, " dit Hobbie, "impliquant qu'il ne peut pas être utilisé dans des appareils qui nécessitent une flexibilité mécanique comme l'électronique portable ou pliable."

Les nanotubes de carbone à paroi unique sont très prometteurs en tant que revêtements conducteurs transparents avec une électronique exceptionnelle, propriétés mécaniques et optiques. « Une caractéristique particulièrement intéressante de ces films est que les propriétés physiques peuvent être ajustées par l'ajout ou la soustraction d'un nombre relativement faible de nanotubes, ", a déclaré Hobbie. « Les films minces fabriqués à partir de tels matériaux présentent un potentiel énorme pour les applications électroniques flexibles, y compris le remplacement de l'oxyde d'indium et d'étain dans les écrans à cristaux liquides et les dispositifs photovoltaïques.

Les films minces fabriqués à partir de nanotubes de carbone métalliques à paroi unique présentent une meilleure durabilité en tant que revêtements conducteurs transparents flexibles, que les chercheurs attribuent à une combinaison de performances mécaniques supérieures et d'une conductivité interfaciale plus élevée. L'équipe de recherche a trouvé des différences significatives dans les manifestations électroniques du froissement des couches minces, selon le type électronique des nanotubes, et examiné les mécanismes sous-jacents.

Les résultats de l'étude suggèrent que les films métalliques constituent de meilleurs revêtements conducteurs transparents flexibles; ils ont une conductivité plus élevée et sont plus durables. "Nos résultats sont pertinents pour un certain nombre d'efforts en cours dans les films conducteurs transparents et les dispositifs électroniques flexibles, ", a déclaré Hobbie.

La recherche a été soutenue par la National Science Foundation via CMMI-0969155 et le département américain de l'Énergie via DE-FB36-08GO88160.