Les chercheurs de Skoltech et leurs collègues de l'Université Aalto ont découvert que le dopage électrochimique avec un liquide ionique peut considérablement améliorer les propriétés optiques et électriques des conducteurs transparents constitués de films de nanotubes de carbone à paroi unique. Les résultats ont été publiés dans la revue Carbone .

Un nanotube de carbone à paroi simple (SWCNT) est une feuille de graphène laminée sans soudure, une liste de graphite d'un atome d'épaisseur. Tout comme d'autres nouveaux allotropes de carbone, Les SWCNT présentent des propriétés uniques qui peuvent être utilisées dans de nouveaux appareils électroniques que nous utilisons dans notre vie quotidienne. L'une des applications les plus prometteuses est celle des conducteurs transparents, qui peut être utile en médecine, énergie verte, et autres champs :ici, Les films SWCNT peuvent remplacer l'oxyde d'indium-étain (ITO) standard industriel. Ils sont très conducteurs, souple, étirable et peut être facilement dopé du fait que tous les atomes du nanotube sont situés à sa surface.

Le dopage des SWCNTs permet d'augmenter significativement la conductivité du film en éliminant les barrières de Schottky entre les tubes de nature différente et d'augmenter la concentration en porteurs de charge. De plus, le processus de dopage conduit à une augmentation de la transmittance des films en raison du dépassement des transitions optiques.

Alors que le dopage par adsorption reste l'une des techniques les plus prometteuses pour la modification des SWCNT, cette méthode manque d'uniformité et de réversibilité. Dans la nouvelle étude, les chercheurs proposent une nouvelle méthode réversible pour affiner le niveau de Fermi des SWCNTs, augmentant considérablement la conductivité tandis que les transitions optiques sont supprimées. Pour ça, ils ont utilisé un dopage électrochimique avec un liquide ionique à grande fenêtre de potentiel, ce qui facilite un haut niveau de dopage.

"Nous avons placé le film mince SWCNT dans une cellule électrochimique et utilisé un schéma standard à trois électrodes pour appliquer le potentiel aux nanotubes. En appliquant le potentiel négatif/positif au film SWCNT, une double couche électrique est formée à l'interface SWCNT/liquide ionique. Ce dernier agit comme un condensateur à plaques parallèles provoquant une injection de charge positive/négative à la surface du film SWCNT et par conséquent le décalage de niveau de Fermi, " explique Daria Kopylova, le premier auteur de l'étude et chercheur principal chez Skoltech.

Les scientifiques ont pu montrer que leur méthode électrochimique peut aider à atteindre des niveaux de dopage extrêmement élevés, comparable aux meilleurs résultats pour les films SWCNTs dopés récemment publiés dans le domaine.

« Le processus est entièrement réversible afin de pouvoir affiner en temps réel la structure électronique des nanotubes de carbone monoparoi. Fonctionnant avec la tension de grille, vous pouvez piloter à la fois la transmission optique et la conductivité électrique des films. Les résultats ouvrent de nouvelles voies pour l'électronique du futur, appareils électrochromes, et ionotronique, " dit Albert Nasibulin, chef du laboratoire des nanomatériaux au Skoltech Center for Photonics and Quantum Materials.