Siirry pääsisältöön

Uusi hybridihiilimateriaali löydetty

Aalto-yliopiston ja Uumajan yliopiston tutkijat ovat keksineet uuden hybridihiilimateriaalin, jossa yhdistyvät sekä grafeeni että yksiseinäiset hiilen nanoputket (SWNT) siten, että grafeeninanonauhat on kapseloitu hiilinanoputkien sisään (GNR@SWNT).

Hiilinanoputket ja grafeenimateriaalit ovat herättäneet paljon kiinnostusta monien eri alojen asiantuntijoiden keskuudessa.

− Päätimme luoda aivan uudenlaisen hybridimateriaalin, jossa yhdistyvät kaksi kiinnostavinta hiilinanomateriaalia eli yksiseinäiset hiilinanoputket ja grafeeni, toteaa Aalto-yliopiston akatemiatutkija Albert Nasibulin.

SWNT-putkien sisällä on ontto tila, jota käytettiin tässä tutkimuksessa yksiulotteisena kemiallisena reaktorina. Tämän tilan kiehtovana ominaisuutena on se, että kemialliset reaktiot tapahtuvat eri lailla verrattuna normaaleihin olosuhteisiin. Suuria polyaromaattisia hiilivetymolekyylejä (koroneenia ja peryleenia), jotka muistuttavat pieniä grafeeniosasia, käytettiin rakennuselementteinä nanoputkien sisälle asetettavien pitkien ja ohuiden grafeeninanonauhojen tuottamiseksi.

Tutkimuksessa havaittiin, että kapseloituja grafeeninanonauhoja voidaan muuttaa käyttämällä erilaisia polyaromaattisia hiilivetymolekyyleja. Nanonauhat voivat olla joko metallisia tai puolijohtavia niiden paksuuden ja tyypin mukaan. Myös SWNT-putket voivat olla joko metallisia tai puolijohtavia (niiden rakenteen mukaan) tai myös eristeitä, kun niitä muutetaan kemiallisesti.

Tämä luo merkittävää potentiaalia monille erilaisille sovelluksille: voimme nyt valmistaa GNR@SWNT-putkia kaikissa mahdollisissa yhdistelmissä. Esimerkiksi eristävän nanoputken sisällä olevaa metallista nanonauhaa voidaan pitää kaikkein ohuimpana eristettynä nanovaijerina. Nanonauhoja voidaan käyttää suoraan SWNT-putkissa valon tuottamiseksi esim. valoa säteilevinä diodeina. Ne voidaan helposti vetää nanoputkien ja grafeeninanonauhojen sisään ja niistä tulee olemassa olevan energiavallin avulla nanolamppu.

Puolijohtavia nanonauhoja voidaan käyttää transistoreissa tai aurinkokennosovelluksissa. Metalliyhdistelmä on itse asiassa uudenlainen koaksiaalinanokaapelirykelmä, jota käytetään laajalti radiosignaalien lähettiminä, nanokoossa, koska nanonauhoja ei ole liitetty nanoputkiin nanonauhojen kaikilla reunoilla olevien vetyatomien vuoksi.

− Grafeeninanonauhojen leveyden ja kulman tarkka hallinta auttaa kokoamaan grafeeniin perustuvat materiaalit valvomalla tarkasti energiarakoa. Tällainen valvonta ei ole mahdollista perinteisellä tekniikalla saatavassa makroskooppisessa grafeenissa, sanoo tohtori Ilya Anoshkin.

GNR@SWNT-synteesimenetelmä on yksinkertainen, skaalattava ja täyttää lähes sataprosenttisesti putket nanonauhoilla. Tutkimuksessa saatujen teoreettisten tulosten mukaan grafeeninanonauhojen pitäisi säilyttää ainutlaatuiset ominaisuutensa nanoputkien sisällä samalla kun ne on suojattu ympäristöltä.

Tulokset on julkaistu äskettäin arvostetussa tieteellisessä Nano Letters -lehdessä (DOI).

Lisätietoja:
Akatemiatutkija Albert Nasibulin
Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Teknillisen fysiikan laitos puh. 050 339 7538 albert.nasibulin@aalto.fi