Les films conducteurs transparents (TCF) ont de nombreuses applications dans les écrans tactiles, diodes électroluminescentes organiques et cellules solaires. Ces applications nécessitent des matériaux solides, économe en énergie et stable, c'est pourquoi les entreprises et les chercheurs s'intéressent aux matériaux à base de carbone. C'est notamment le cas des réseaux de nanotubes de carbone monoparoi, qui devraient remplacer les films d'oxyde métallique actuellement utilisés.

Le graphène est le matériau le plus fin imaginable; ce n'est qu'une couche atomique d'atomes de carbone. Le rouler dans un cylindre fait un nanotube de carbone, qui est mieux adapté au transport d'électricité dans des applications réelles. Dans un article publié dans ACS Nano , des scientifiques de l'université Aalto et de l'université de Vienne introduisent un matériau hybride fabriqué en combinant des nanotubes de carbone et du graphène, ce qui améliore la conductivité du film au-delà de ce qui est possible en utilisant chacune de ces structures de composants séparément.

Le groupe du professeur Kauppinen à Aalto a des années d'expérience dans la fabrication de nanotubes de carbone pour les TCF. Ce nouveau travail applique les techniques qu'ils ont développées pour placer des réseaux de nanotubes aléatoires denses et propres sur du graphène. « Il s'agit d'une autre application des technologies que nous avons développées au cours des dernières décennies. En termes simples, ce travail porte sur la façon dont les deux matériaux sont assemblés sans solvants, " explique Kauppinen.

Dans l'étude, les scientifiques ont utilisé un processus appelé thermophorèse pour déposer des nanotubes sur des électrodes de graphène préfabriquées. Les conductivités des films hybrides étaient environ deux fois plus élevées que prévu.

Les expériences menées par l'équipe de l'Université de Vienne, dirigé par Jani Kotakoski, ont montré que les fortes interactions électriques du graphène ont amélioré le flux d'électrons entre les nanotubes en encourageant le tunnel de charge. L'équipe a utilisé un microscope électronique à transmission à balayage pour examiner le matériau à l'échelle des atomes individuels, et a constaté que l'interaction de van der Waals entre le graphène et les nanotubes était suffisamment forte pour réduire les faisceaux de nanotubes circulaires en rubans plats.

Le scientifique principal du groupe de Vienne, Kimmo Mustonen, explique :« C'est vraiment une approche ingénieuse. Le transport de charge dans les nanomatériaux est très sensible à tout facteur externe. Ce que vous voulez vraiment, c'est éviter les étapes de traitement inutiles si votre objectif est de fabriquer le film conducteur idéal. » Mustonen ajoute, "C'est en fait assez remarquable. Nous savions bien sûr que l'interaction est assez forte. Par exemple, pensez au graphite; il ne s'agit que d'un grand nombre de couches de graphène liées entre elles par le même mécanisme. Pourtant, nous ne nous attendions pas à ce que cela ait un impact aussi fort sur la conductivité. »

Les résultats offrent des opportunités d'améliorer la conductivité de nanomatériaux hybrides similaires. L'article a été publié dans " ACS Nano " en septembre 2019.