Наноленты состоят из молекул с химической формулой [6,6] -фенил-C61-масляной кислоты метилового эфира. Для краткости он обозначается как PCBM, и на практике это молекула фуллерена (молекула углерода в форме футбольного мяча) с прикрепленным боковым плечом для увеличения его растворимости.
Молекулы PCBM обычно используются в органических солнечных элементах, поскольку они обладают очень хорошей способностью переносить свободные электроны, которые «генерируются» солнечным светом.
Исследователи из Университета Умео и Калифорнийского университета в Беркли разработали метод организации таких молекул в тонкие кристаллические наноленты шириной всего четыре нанометра. Наноленты выращиваются в растворе с достаточно высокой эффективностью, и все наноленты имеют уникальную морфологию с зигзагообразными краями.
"Это очень интересный материал, и метод довольно прост.
Этот материал напоминает более известные графеновые наноленты, но в нашем материале каждый атом углерода «заменен» молекулой », – говорит Томас Вагберг, доцент кафедры физики, руководивший исследованием.
Результаты интересны по нескольким причинам; это первый случай, когда структуры с такими маленькими размерами были созданы с использованием этого типа молекул, а размеры нанолент позволяют предположить, что они должны быть идеальными в качестве «электронных магистралей» в органических солнечных элементах. Органический солнечный элемент обычно состоит из двух типов материала: один, который проводит электроны, и другой, который проводит «дырки», которые остаются, когда электрон получает прирост энергии от входящего солнечного света (вы можете видеть перенос «дырок» "как пустое место в трафике, движущемся назад в очереди движения, движущейся вперед).
Электронный проводник в органических солнечных элементах в идеале должен образовывать длинные пути к электроду, но при этом быть тоньше 10-15 нанометров (примерно в 10 000 раз тоньше обычного волоса).
Недавно разработанные наноленты PCBM удовлетворяют всем этим требованиям.
«Вместе с группой профессора Людвига Эдмана на факультете физики Университета Умео мы в настоящее время исследуем этот материал как потенциальный компонент органических солнечных элементов в надежде сделать такие устройства более эффективными», – говорит Томас Вагберг.
Наше исследование, конечно, также интересно по фундаментальным причинам, поскольку оно открывает возможности для исследования важных физических свойств молекулярных материалов с наноразмерными размерами.
О нанолентах
Углеродные наноструктуры существуют во многих различных формах. Графен представляет собой одинарный слой атомов углерода, который при определенных обстоятельствах может быть «разорван» на наноленты. Из-за уменьшения размеров в одном направлении графеновые наноленты проявляют множество уникальных свойств. С другой стороны, фуллерены представляют собой молекулы в форме футбольного мяча, также построенные из атомов углерода, в то время как PCBM – это фуллереноподобные молекулы с несколькими интересными свойствами и прикрепленным боковым плечом для увеличения их растворимости.
В текущем исследовании исследователи смогли сконструировать наноленты, содержащие молекулы PCBM вместо атомов углерода, так что структура сильно напоминает графеновую наноленту в молекулярной форме.