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

Henkilö puhuu älykelloon, jossa on hopeinen verkkoranneke ja näytöllä aaltomuoto.
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Äänesi paljastaa enemmän kuin uskot – tutkijat kehittävät keinoja suojata puheeseen kätkeytyvää tietoa

Puheteknologiat yleistyvät vauhdilla, ja samalla kasvaa riski siitä, että ääni paljastaa arkaluonteista tietoa terveydestä, taustoista tai mielipiteistä. Aalto-yliopiston tutkijat kehittävät keinoja mitata ja rajoittaa sitä, mitä kaikkea puheesta voidaan päätellä.
Kolme ihmistä istuu bussipysäkillä, takanaan karttoja ja kylttejä. Yhdellä on reppu maassa.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aallon vuosi 2025: Kvanttihyppyjä, luovia loikkia ja ratkaisuja parempaan elämään

Kasvua, teknologiaa ja teollisuuden uudistumista, ihmislähtöisiä ratkaisuja, terveys ja arjen hyvinvointi sekä hauskaa arkea ja toimivia yhteisöjä.
arotor adjustable stiffness test setup
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Miljoonarahoitus uuden sukupolven koneteknologian kehittämiseen – tavoitteena tuottavuusloikka useilla vientialoilla

BEST-hankkeessa kehitetään uudenlaisia tiiviste-, laakerointi- ja vaimennusteknologioita useiden teollisuudenalojen käyttöön.
TAIMI-hanke rakentaa tasa-arvoista työelämää. Kuva: Kauppakorkeakoulu Hanken.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

TAIMI-hanke rakentaa tasa-arvoista työelämää – kuusivuotinen konsortiohanke etsii ratkaisuja rekrytoinnin ja osaamisen haasteisiin

Tekoäly muuttaa osaamistarpeita, väestö ikääntyy ja työvoimapula syvenee. Samalla kansainvälisten osaajien potentiaali jää Suomessa usein hyödyntämättä. Näihin työelämän haasteisiin vastaa Strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittama kuusivuotinen TAIMI-hanke, jota toteuttaa laaja konsortio.