Пленки из углеродных нанотрубок проводят электричество и пропускают видимый свет, благодаря чему они популярны в производстве прозрачных электродов – ключевых элементов солнечных панелей и сенсорных экранов, которые ранее изготавливались из оксида индия-олова, хрупкого и неэкологичного материала. При этом свойства углеродных нанотрубок – проводимость, прозрачность и гибкость – можно дополнительно улучшить за счет легирования небольшим количеством других веществ.
«Легирование имеет принципиальное значение. Доступные сегодня технологии не позволяют изготовить углеродные нанотрубки такого качества, чтобы они имели необходимые характеристики в чистом виде. Зато можно отрегулировать свойства путём добавления примесей. Выбор той или иной легирующей добавки продиктован компромиссом между повышением проводимости, прозрачностью плёнки и устойчивостью эффекта. Прежде тонкие плёнки нанотрубок могли удовлетворить лишь двум критериям из трёх. А сейчас нам удалось получить все три в одном материале», – цитирует Сколтех профессора Центра фотоники и фотонных технологий Альберта Насибулина.
Примером распространенной примеси является тетрахлороаурат водорода, который позволяет повысить электропроводность и прозрачность пленок из углеродных нанотрубок, и бромид меди, обеспечивающий хорошее сочетание устойчивости и проводимости. Однако при этом тетрахлороаурат водорода обеспечивает лишь кратковременный эффект, а бромид меди снижает прозрачность пленок. Подобная дилемма характерна для большинства известных на сегодняшний день легирующих примесей.
Ученым Сколтеха удалось решить эту дилемму, применив в качестве легирующей примеси газообразный диоксид азота, который также называют «лисьим хвостом» из-за ярко-оранжевого цвета. «Вообще говоря, мы исследовали другую, нестабильную и нежелательную модификацию углеродных нанотрубок, которую этот газ вызывает при значительно более низких температурах. Но получилось так, что мы нашли другой диапазон температур, в котором происходят очень стабильные модификации. Поскольку наша примесь — газ, процесс легирования быстрый, масштабируемый и безотходный. Диоксид азота легко интегрировать в существующие технологические цепочки синтеза, а излишки этого реагента удаляются из смеси, потому что при охлаждении до 20 °C он сжижается», – цитирует Сколтех старшего преподавателя Центра фотоники и фотонных технологий Дмитрия Красникова.
Если эффект от использования тетрахлороаурата водорода с течением времени снижается в три раза, то в случае диоксида азота – не более чем в полтора. При этом, будучи газом, диоксид азота не садится на пленку несколькими слоями, а останавливается на молекулярной толщине покрытия. Это облегчит его применение в производстве электродов для фотовольтаики, сенсорных дисплеев и автомобилей.
