Uma descoberta de uma equipe de pesquisa da NDSU e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia mostra que a flexibilidade e durabilidade dos filmes e revestimentos de nanotubos de carbono estão intimamente ligados às suas propriedades eletrônicas. A pesquisa pode um dia impactar dispositivos eletrônicos flexíveis, como células solares e sensores vestíveis. A pesquisa também forneceu a um jovem e promissor estudante do ensino médio a chance de trabalhar no laboratório com cientistas de renome mundial, impulsionando sua carreira científica potencial.

A equipe de pesquisa, liderado por Erik Hobbie, está trabalhando para determinar por que filmes finos feitos de nanotubos de carbono de parede única metálicos são superiores para aplicações potenciais que exigem desempenho eletrônico e durabilidade mecânica. “Um motivo simples é que os nanotubos metálicos tendem a transportar carga com mais facilidade quando se tocam, ”Disse Hobbie. “Mas outra razão menos óbvia tem a ver com o quanto os filmes podem flexionar sem alterar sua estrutura em escalas muito pequenas.”

Os resultados do estudo aparecem em "Durabilidade Eletrônica de Filmes Transparentes Flexíveis de Nanotubos de Carbono de Parede Única Específicos do Tipo, ”Publicado em ACS Nano.

A equipe inclui o estudante de graduação da NDSU John M. Harris; pesquisador de pós-doutorado Ganjigunte R. Swathi Iyer; Anna K. Bernhardt, Participante da Escola do Governador de Dakota do Norte; e os pesquisadores do NIST, Ji Yeon Huh, Steven D. Hudson e Jeffrey A. Fagan.

Há um grande interesse no uso de filmes e revestimentos de nanotubos de carbono como eletrodos transparentes flexíveis em dispositivos eletrônicos, como células solares. “Nossa pesquisa demonstra que a flexibilidade e durabilidade desses filmes estão intimamente ligadas às suas propriedades eletrônicas, ”Disse Hobbie. “Esta é uma ideia muito nova, com sorte, vai gerar uma nova série de estudos e questões focadas nas origens e consequências exatas deste efeito. ”

Essa pesquisa pode resultar em um material que reduza os custos das células solares e possibilite usá-las em roupas ou eletrônicos dobráveis. Dispositivos eletrônicos atualmente no mercado que requerem eletrodos transparentes, como telas sensíveis ao toque e células solares, normalmente usam óxido de índio e estanho, um material cada vez mais caro. “Também é muito frágil, ”Disse Hobbie, “Implicando que não pode ser usado em dispositivos que requerem flexibilidade mecânica, como eletrônicos vestíveis ou dobráveis.”

Nanotubos de carbono de parede única mostram uma promessa significativa como revestimentos condutores transparentes com eletrônicos excelentes, propriedades mecânicas e ópticas. “Uma característica particularmente atraente desses filmes é que as propriedades físicas podem ser ajustadas por meio da adição ou subtração de um número relativamente pequeno de nanotubos, ”Hobbie disse. “Filmes finos feitos de tais materiais possuem um enorme potencial para aplicações eletrônicas flexíveis, incluindo a substituição de óxido de índio e estanho em telas de cristal líquido e dispositivos fotovoltaicos. ”

Filmes finos feitos de nanotubos de carbono de parede única metálicos mostram melhor durabilidade como revestimentos condutores transparentes flexíveis, que os pesquisadores atribuem a uma combinação de desempenho mecânico superior e maior condutividade interfacial. A equipe de pesquisa encontrou diferenças significativas nas manifestações eletrônicas de enrugamento de película fina, dependendo do tipo eletrônico dos nanotubos, e examinou os mecanismos subjacentes.

Os resultados do estudo sugerem que os filmes metálicos são melhores revestimentos condutores transparentes e flexíveis; eles têm maior condutividade e são mais duráveis. “Nossos resultados são relevantes para uma série de esforços contínuos em filmes condutores transparentes e dispositivos eletrônicos flexíveis, ”Hobbie disse.

A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation por meio do CMMI-0969155 e do Departamento de Energia dos EUA por meio de DE-FB36-08GO88160.