Ученые улучшили свойства нанотрубок с помощью простого метода легирования

Теперь можно контролировать легирование углеродных нанотрубок, утверждают исследователи Йельского университета. Этот простой процесс оптимизирует свойства трубок и, как утверждается, достаточно эффективен, чтобы повысить полезность легированного углерода в различных нанотехнологиях и гибких электронах, включая кремниевые гибридные энергетические элементы.

Авторы исследования под руководством Андре Тейлора и Нилая Хазари из Йельской школы инженерных и прикладных наук и химического факультета соответственно разработали методику, металлоцены - метод, в котором используются органические соединения с металлическим ядром для получения двух возможных типов легированного углерода.

Минимальное количество металлоценов в жидкости помещается на УНТ, которые затем вращаются с высокой скоростью, что приводит к равномерному распределению жидкости по поверхности УНТ, в результате чего достигается высокий уровень легирования, способный повысить электрическую ценность. Исследователи, использовавшие этот метод, обнаружили, что легирование электронодефицитными металлоценами, особенно с кобальтовым ядром, превращает УНТ в сверхположительно заряженные электронные дырки по сравнению с присутствующими отрицательно заряженными электронами для заполнения дырок. Из-за их положительного заряда они называются p-типом. С другой стороны, при допировании богатыми электронами металлоценами, особенно с ванадиевым ядром, получаются отрицательно заряженные УНТ, иначе называемые n-типом, поскольку в них меньше дырок, чем электронов.

Это первые молекулы, продемонстрировавшие возможность получения легированных элементов как n, так и p типа. Исследователи, в том числе докторанты Луиза Гард и Сяокай, показали, что, изменяя координату металла в металлоцерине, можно сделать углеродные нанотрубки n- и p-сорта по желанию или даже переходить от одного к другому.

Эти выводы очень важны, и хотя легирование p-варианта довольно популярно и происходит естественным образом при контакте УНТ с воздухом, предыдущие методы легирования n-варианта создавали низкие уровни легирования, которые не могли быть правильно использованы в устройствах. Поэтому команда из Йельского университета создала кремниевые ячейки с n-формой CNT, которые более чем на четыреста пятьдесят эффективнее самых эффективных солнечных элементов этого типа.

Если у вас более высокий коэффициент легирования, то вы получаете улучшенный транспорт электронов, повышенную подвижность и, конечно же, более эффективные устройства. Таким образом, эти результаты продвигают нас как минимум на один шаг вперед к достижению цели повышения эффективности гибридных солнечных элементов, и нам остается только ждать, что нас ждет в будущем.