Väitöskirjan nimi

Nitrogen-doped single-walled carbon nanotube thin films
Typpiseostettujen yksiseinäisten hiilinanoputkien ohutkalvot

Väitöskirjan sisältö

Läpinäkyviä sähköä johtavia kalvoja käytetään lukemattomien kosketusnäyttöjen keskeisenä komponenttina. Nykyisin kalvot valmistetaan indiumtinaoksidista, jolla on lukuisia haittapuolia, suurimpana niistä indiumin rajalliset luonnonvarat. Hiilinanoputket – ympärysmitaltaan vain kymmenistä atomeista muodostuvat, mutta miljoonia kertoja pidemmät molekyylisylinterit – ovat yksi nanoteknologian tarjoamista lupaavista vaihtoehdoista.

Eräs nanoputkien erityisominaisuuksista on kuitenkin se, että niiden atomien tarkka järjestys määrää sen ovatko ne puolijohteita vai metalleja. Sovelluksesta riippuen vain yhdenlaiset putket ovat sopivia. Esimerkiksi johtaviin ohutkalvoihin tarvitaan metallisia nanoputkia. Mittavista tutkimusponnistuksista huolimatta valmistusmenetelmät eivät vieläkään ole sillä tasolla, että vain halutunlaisia nanoputkia pystyttäisiin kasvattamaan. Kaiken elektroniikan perustana olevasta puolijohdetekniikasta tiedetään, että puolijohteiden sähköisiä ominaisuuksia voidaan hallita saostamalla niitä atomeilla, joilla on joko enemmän tai vähemmän ulkokuoren elektroneita kuin isäntäatomeilla. Tätä oivallusta on sovellettu myös hiilinanoputkiin. Hiilen tapauksessa typpi on yhden ylimääräisen elektroninsa ja sopivan atomikokonsa takia houkuttelevin vaihtoehto.

Väitöstutkimuksen osana valmistettiin typellä seostettujen hiilinanoputkien ohutkalvoja ja tutkittiin niiden soveltuvuutta läpinäkyviksi johtaviksi kalvoiksi. Yllättävästi osoittautui ettei typpisaostus parantanutkaan kalvojen johtavuutta, vaan kasvatti sitä merkittävästi. Syyksi arvellaan nanoputkien yksiulotteisuuden merkittävästi voimistamaa varauksenkuljettajien sirontaa typpiatomeista. Löydös tulee osaltaan ohjaamaan typpisaostettujen nanoputkien käyttöä vaihtoehtoisiin suuntiin, kuten sensori- ja komposiittisovelluksiin.

Väitöskirjan ala

Nanomateriaalit

Väittelijä

Toma Susi, DI

Väitöksen ajankohta

20.05.2011 klo 12:00

Paikka

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun Tietotekniikan talon sali T2
Konemiehentie 2, Espoo

Vastaväittäjä

Professori Mauricio Terrones, Penn State University, USA

Valvoja

Professori Esko I. Kauppinen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, Sovelletun fysiikan laitos, Nanomateriaalit-ryhmä

Väitöskirjan verkko-osoite

http://lib.tkk.fi/Diss/2011/isbn9789526041247/

Väittelijän yhteystiedot

Toma Susi
PL 15100 (Puumiehenkuja 2)
00076 Aalto
toma.susi@tkk.fi