Задача заключалась в том, чтобы выяснить, как объединить все эти замечательные свойства в полезные электронные устройства. Новое открытие четырех ученых из Калифорнийского университета в Риверсайде приблизило нас к цели.
Они обнаружили, что путем добавления ионной жидкости – разновидности жидкой соли – они могут изменять оптическую прозрачность пленок однослойных углеродных нанотрубок в контролируемом порядке.
«Это было открытие, а не то, что мы искали», – сказал Роберт Хэддон, директор Центра наноразмерных исследований и инженерии Калифорнийского университета в Риверсайде. Ученые Фейху Ван, Михаил Иткис и Елена Бекьярова искали способы улучшить электрическое поведение углеродных нанотрубок, и в рамках своих исследований они также изучали, могут ли они модулировать прозрачность пленок. Статья об их результатах была опубликована в апреле в журнале Nature Photonics.
Ученые потратили некоторое время, пытаясь повлиять на оптические свойства пленок углеродных нанотрубок с помощью электрического поля, но без особого успеха, – сказал Иткис, научный сотрудник Центра наномасштабной науки и техники. «Но когда мы нанесли тонкий слой ионной жидкости поверх пленки нанотрубок, мы заметили, что изменение прозрачности усиливается в 100 раз и что изменение прозрачности происходит вблизи одного из электродов, поэтому мы начали изучать, что вызывает эти радикальные изменения и как создать прозрачность в контролируемых узорах."
Ионная жидкость содержит отрицательные и положительные ионы, которые могут взаимодействовать с нанотрубками, резко влияя на их способность накапливать электрический заряд. Это увеличивает или уменьшает их прозрачность, подобно тому, как очки темнеют на солнце.
Узнав, как управлять прозрачностью, ученые смогут начать использовать пленки из нанотрубок в изделиях, которые теперь основаны на более медленных или более тяжелых компонентах, таких как оксид металла.
Например, используя пленки из нанотрубок, соединенных с пленкой ионной жидкости, ученые могли бы создать более экономичные смарт-окна, которые темнеют, когда на улице жарко, и становятся светлее, когда холодно.
«Умные окна – это новая отрасль, которая, как было доказано, позволяет сэкономить 50 процентов ваших затрат на электроэнергию», – сказал Иткис. "В очень жаркий день вы можете затенить окно, просто повернув переключатель, поэтому вам не придется использовать столько кондиционера. А в зимний день можно сделать окно более прозрачным, чтобы пропускать больше света."
Ученым все еще необходимо изучить экономическую целесообразность использования пленки из нанотрубок, но Бекьярова сказала, что одним из возможных преимуществ будет то, что углеродные нанотрубки будут ультратонкими – примерно в 1000 раз меньше, чем одна прядь волос, – поэтому вам понадобится совсем немного, чтобы покрыть большая площадь, например окна большого здания.
Иткис сказал, что пленки из нанотрубок также имеют большие перспективы для создания более легких и компактных аналитических инструментов, таких как спектрометры, которые используются для анализа свойств света.
В этом приложении пленка из нанотрубок с массивом электродов может использоваться в качестве электрически конфигурируемой дифракционной решетки для инфракрасного спектрометра, что позволяет сканировать длину волны света без движущихся частей.
Кроме того, с помощью адресуемых электродов пространственный рисунок наведенной прозрачности в пленке из нанотрубок может быть изменен контролируемым образом и использован в качестве электрически конфигурируемой оптической среды для хранения и передачи информации с помощью световых структур.
Углеродные нанотрубки обладают большим потенциалом, но предстоит еще много работы, чтобы сделать их полезными в электронике и оптоэлектронике, сказал Хаддон.
«Задача состоит в том, чтобы использовать их выдающиеся свойства», – сказал он. "Они не будут доступны в Home Depot на следующей неделе, но прогресс в этой области продолжается."