Одержання прозорих провідних плівок на основі одношарових вуглецевих нанотрубок

У багатьох типах сучасних електронних приладів, таких як ноутбуки, комп’ютерні монітори, мобільні телефони, навігатори і т. п., використовуються тонкі гнучкі прозорі провідні плівки, наявність яких дозволяє не тільки зчитувати інформацію, але також керувати роботою пристрою. Найбільш поширеним матеріалом для подібних систем є скло на основі оксиду індію, легованого оловом, (ITO), плівки якого володіють потрібними електричними і оптичними характеристиками. Однак бурхливий розвиток технологій, пов’язаних з розробкою та використанням сучасних електронних приладів призводить до вичерпання природних запасів індія і, відповідно, до зростання вартості ITO. Це стимулює дослідження, спрямовані на пошук і створення нових матеріалів для прозорих провідних плівок. Одним з перспективних матеріалів подібного типу є вуглецеві нанотрубки (ВНТ), які володіють необхідними провідністю і прозорістю в оптичній області спектру. Однак на шляху створення прозорих провідних плівок на основі ВНТ виникають проблеми, пов’язані з необхідністю видалення домішок, які погіршують оптичні характеристики плівки, а також на вимогу високого ступеня однорідності покриття.

Як показано в роботі [1], виконаної нещодавно в Univ. of Oklahoma (США), зазначені труднощі можуть бути подолані в результаті використання для синтезу плівок відповідних каталізаторів і оптимізації умов процесу. В якості підкладки автори використовували кварцові пластини, мають прозорість 99.5 % для випромінювання з довжиною хвилі 550 нм, оброблені протягом 15 хв при кімнатній температурі сумішшю перекису водню з сірчаною кислотою (1:3), а потім промиті ацетоном і ізопропіловим спиртом і просушені в потоці азоту. В якості каталізатора при синтезі УНТ використовували розчини феритину у воді з концентраціями заліза 5, 33 і 100 мМ. Кожен з розчинів наносили на підкладки, які потім протягом двох годин просушували у вакуумній печі при 90оС, після чого відпалювали на повітрі при 900оС. Синтез УНТ проводили протягом 20-30 хв при температурі 925оС в потоці Ar/H2 (3:1, 35 см3/хв) з додаванням парів етилового спирту 0.3 мл/год і води (0.0015 мл/год).

Вольт-амперні характеристики отриманих плівок УНТ вимірювали за допомогою срібних електродів. Спектри пропускання у видимій і УФ діапазонах вимірювали за допомогою спектрофотометра. Поряд з цим, були отримані спектри комбінаційного розсіювання (КР) плівок з використанням He-Ne лазера (632 нм) і їх микроизображения за допомогою скануючого електронного мікроскопа (ЅЕМ). Результати досліджень вказують на високу провідність плівок (понад 104 См/м) і аномально високу прозорість (понад 98 % на довжині хвилі 550 нм). На ЅЕМ зображеннях плівок видно, що УНТ покривають поверхню підкладки з високим ступенем однорідності, не утворюючи джгутів, властивих плівок, отриманих іншими методами. Настільки висока однорідність покриття обумовлена, мабуть, однорідним розподілом каталізатора по поверхні підкладки. Характер спектрів КР вказує на переважання в плівці одношарових УНТ з низьким вмістом дефектів. При цьому, згідно з вимірюваннями, по мірі збільшення тривалості термічної обробки підкладок в діапазоні від 10 до 60 хв провідність плівок зростає приблизно на порядок, в той час як коефіцієнт пропускання плівок на довжині хвилі 550 нм плавно знижується від 99.6 % до 99.3%.

Така поведінка пояснюється тим, що по мірі збільшення тривалості термічної обробки підкладок зростає щільність синтезованих плівок, що, з одного боку, приводить до зростання їх провідності, а з іншого боку – до зниження прозорості. При фіксованих тривалості відпалу підкладки і процедури синтезу ВНТ спостерігаються залежності провідності та прозорості плівок від концентрації заліза в розчині феритину. Для провідності ця залежність має немонотонний характер з мінімумом в області концентрацій 33 мМ, у той час як для прозорості спостерігається монотонно спадна залежність від концентрації заліза.

А. Єлецький

1. D. Shi, D. E. Resasco, Chem. Phys. Lett. 511, 356 (2011).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *