Uutiset

Grafeenipohja parantaa hiilinanoputkiverkoston sähkönjohtavuutta

Julkaistu:
Aalto-yliopiston ja Wienin yliopiston tutkijat yhdistivät grafeenin ja yksiseinäiset hiilinanoputket läpinäkyväksi hybridimateriaaliksi. Uusi materiaali johtaa sähköä paremmin kuin kumpikaan komponentti yksinään.
an electron microscope image showing a carbon nanotube on top of a substrate of graphene
Vasemmalla: elektronimikroskooppikuva hiilinanoputkien ja grafeenin muodostamasta hybridimateriaalista. Oikealla: atomitason lähikuva hiilinanoputken ja grafeenin yhtymäkohdasta.

Läpinäkyviä sähköä johtavia kalvoja käytetään esimerkiksi kosketusnäytöissä, orgaanisissa valodiodeissa ja aurinkokennoissa. Niihin tarvitaan kestäviä, energiatehokkaita ja vakaita materiaaleja, minkä vuoksi yritykset ja tutkijat ovat kiinnostuneita hiilipohjaisista aineista. Yksiseinäiset hiilinanoputket ovat herättäneet erityistä kiinnostusta, sillä niistä odotetaan nykyisten metallioksidikalvojen korvaajaa.

Grafeeni on ohuin mahdollinen materiaali – se koostuu vain yhdestä hiiliatomikerroksesta. Tällaisia kerroksia rullaamalla voidaan valmistaa hiilinanoputkia, jotka sopivat sähkönjohtimiksi käytännön sovelluksiin grafeenia paremmin. ACS Nano -lehdessä julkaistussa artikkelissa Aalto-yliopiston ja Wienin yliopiston tutkijat esittelevät hybridimateriaalin, joka yhdistää hiilinanoputket ja grafeenin. Materiaalin sähkönjohtavuus on parempi kuin kummallakaan sen rakenteellisella komponentilla erikseen.

Aalto-yliopiston fysiikan professori Esko Kauppisen tutkimusryhmällä on vuosien kokemus hiilinanoputkien valmistuksesta läpinäkyviä sähköä johtavia kalvoja varten. Uudessa tutkimuksessa sovellettiin tutkimusryhmän kehittämiä tekniikoita ja asetettiin tiiviitä, puhtaita, sattumanvaraisesti järjestyneitä nanoputkiverkostoja grafeenin päälle.

”Kyseessä on uusi sovellus teknologioille, joita olemme kehittäneet viime vuosikymmenten aikana. Yksinkertaisesti sanottuna työssä yhdistetään kahta materiaalia ilman liuottimia”, Kauppinen sanoo.

Tutkimuksessa käytettiin termoforeesiksi kutsuttua prosessia, jolla nanoputket asetettiin esivalmistettujen grafeenielektrodien päälle. Näin aikaansaadut hybridikalvot johtivat sähköä noin kaksi kertaa odotettua paremmin.

Wienin yliopistossa professori Jani Kotakosken johtaman tutkimusryhmän suorittamat kokeet osoittivat, että grafeenin erinomainen sähkönjohtavuus paransi elektronivirtaa nanoputkien välillä aiheuttamalla varausten tunneloitumista. Tutkimusryhmä tarkasteli materiaalia yksittäisten atomien tasolla pyyhkäisy-läpivalaisuelektronimikroskoopin avulla. Grafeenin ja nanoputkien välisen van der Waals -voiman havaittiin olevan riittävä muuttamaan pyöreät nanoputkijoukot tasaisiksi kaistaleiksi.

 ”Uusi lähestymistapa on kerrassaan nerokas”, sanoo tutkija Kimmo Mustonen Wienin yliopistosta.

”Nanomateriaalien sähkönjohtavuus on erittäin herkkä ulkoisille vaikutuksille. Siksi on tärkeää välttää ylimääräisiä vaiheita materiaalin prosessoinnissa, kun halutaan tuottaa mahdollisimman hyvin sähköä johtava kalvo.”

Mustosen mukaan löytö on merkittävä, vaikka jo etukäteen oli tiedossa, että materiaalien keskinäinen vuorovaikutus on voimakas.

”Esimerkiksi grafiitista voidaan ajatella, että se on vain suuri määrä toisiinsa sitoutuneita grafeenikerroksia. Emme kuitenkaan osanneet odottaa, että sillä olisi näin suuri vaikutus sähkönjohtavuuteen.”

Tutkimuksen tulokset avaavat uusia mahdollisuuksia samankaltaisten hybridinanomateriaalien sähkönjohtavuuden parantamiseen. Artikkeli julkaistiin ACS Nano -lehdessä syyskuussa 2019.

  • Päivitetty:
  • Julkaistu:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Värikäs laserskannauksen tyylinen poikkileikkaus vanhasta kupolikattoisesta teollisuusrakennuksesta
Mediatiedotteet Julkaistu:

3D-teknologia paljasti uusia rakenneyksityiskohtia Halsuan 200-vuotiaasta puukirkosta

MeMo-instituutti on mallintanut Keski-Pohjanmaalla sijaitsevan Halsuan kirkon ja sen kellotapulin fotorealistiseksi ja mittatarkaksi 3D-malliksi.
Ruskeasävyinen asetelma tukista, massasta, kuidusta, lankakartiosta ja neuleesta, puusta tekstiiliksi.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

1600-luvun laivanhylyn matka jatkuu ainutlaatuisena neulemekkona

Aalto-yliopiston tutkijat valmistivat Hahtiperän hylyn ylijäämäpuusta tekstiilikuitua, kehräsivät sen langaksi ja neuloivat mekoksi uudella, tekoälyä hyödyntävällä teknologialla.
Pieni mutkitteleva puro, kiviä ja korkeaa ruohoa aurinkoisessa puistossa, taustalla puita ja nurmikkoa
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kaupunkivihreän potentiaalia ilmastoratkaisuna ei hyödynnetä riittävästi – uusi käsikirja tarjoaa siihen keinoja

Hiiliviisaan kaupunkivihreän käsikirja tarjoaa konkreettisia työkaluja siihen, miten kaupunkivihreää voidaan hyödyntää tehokkaammin ilmasto- ja luontotyössä.
A person typing on a laptop, with notebook and table open, sun shines on the items
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Digiklinikka paransi hoidon saatavuutta Pohjanmaalla – vaikutuksia tutkittiin poikkeuksellisen laajassa satunnaistetussa kokeilussa

Aalto-yliopiston, Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen (THL), Valtion taloudellisen tutkimuskeskuksen (VATT) ja Turun yliopiston tutkijat selvittivät, millaiset ihmiset käyttivät perusterveydenhuollon chat-palveluita ja miten ne vaikuttivat palveluiden käyttöön Pohjanmaan hyvinvointialueella.