Uutiset

Grafeenipohja parantaa hiilinanoputkiverkoston sähkönjohtavuutta

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.

Nanomaterials (NMG)

The NanoMaterials Group, headed by Prof. Esko I. Kauppinen, is among the top aerosol technology laboratories in the world and offers a unique environment for strong interdisciplinary research and a proven track record of productive cooperation.

Read more
Nanomaterials Group
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

KTT Sami Itani
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tohtorin urapolku: esittelyssä toimitusjohtaja Sami Itani

“Tohtoriopinnot – kuten lähes kaikki tietotyöt myös yrityselämässä - ovat tiimiperusteista projektityötä, jossa itse pääsee toimimaan oman työnsä projektipäällikkönä.”
kaksi naista istuu punaisilla tuoleilla studiossa keskustelemassa, taustalla musta verho ja keltainen lattia
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Mitä voimme oppia pandemiasta?

Aalto-yliopiston studiokeskustelussa pohdittiin, millaisen tulevaisuuden rakennamme pandemiasta saatujen oppien pohjalta.
Machine Learning Coffee Seminar logo in purple and white colours
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Machine Learning Coffee Seminar -sarja jatkuu kiinnostavilla puheilla

MLCS-sarja tuo yhteen eri tieteenalojen osaajia, joita yhdistää ainakin yksi asia: kiinnostus koneoppimiseen.
Aalto logo
Tutkimus ja taide, Yliopisto Julkaistu:

Professorit Markus Linder ja Tapani Vuorinen Suomalaisen Tiedeakatemian jäseniksi

Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulusta biomolekulaaristen materiaalien professori Markus Linder ja puunjalostuksen kemian professori Tapani Vuorinen on valittu uusiksi jäseniksi Suomalaiseen Tiedeakatemiaan.