Electrical conductivity of functionalised carbon nanotube networks

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Tomi Ketolainen

Organisaatiot

Kuvaus

Uusien elektronisten laitteiden valmistus vaatii uudenlaisia materiaaleja. Hiilinanoputkien käyttäminen useissa sovelluksissa on jo demonstroitu, ja siksi hiilinanoputket ovat myös tärkeitä hiilimateriaaleja grafeenin ja fulleriinien lisäksi. Koska yksittäisten hiilinanoputkien elektroniset ominaisuudet riippuvat hiilinanoputkien atomirakenteesta, yksittäiset hiilinanoputket eivät mahdollisesti ole paras valinta uuden elektroniikan rakentamista varten. Sen sijaan uusia laitteita voitaisiin valmistaa käyttäen hiilinanoputkiohutkalvoja tai -verkkoja. Hiilinanoputkiohutkalvot ovat läpinäkyviä, taipuisia ja johtavat sähköä. Siksi hiilinanoputkiohutkalvoja odotetaan hyödynnettävän merkittävässä määrässä sovelluksia mm. transistoreissa, kosketusnäytöissä ja aurinkokennoissa. Merkittävä hiilinanoputkiohutkalvoihin liittyvä haaste on kuitenkin valmistaa kalvo, jolla on samanaikaisesti sekä suuri johtavuus että läpinäkyvyys. Useita menetelmiä hiilinanoputkiverkkojen johtavuuden parantamiseen on tutkittu kokeellisesti. Tämän tutkielman tavoite on selvittää muutamaa menetelmää hiilinanoputkiverkkojen johtavuuden parantamista varten käyttäen tiheysfunktionaaliteoriaa yhdistettynä tavallisiin Greenin funktio -elektronikuljetuslaskuihin. Erityisesti hiilinanoputkiliitosten johtavuutta tutkitaan, koska hiilinanoputkiliitokset pääasiassa määrittävät koko verkon johtavuuden. Kahta erilaista lähestymistapaa hiilinanoputkiverkkojen sähkönjohtavuuden parantamiseksi tutkitaan. Johtavuutta voidaan kasvattaa pinnoittamalla hiilinanoputkiverkot ryhmän 6 transitiometalliatomeilla, koska transitiometalliatomit pystyvät yhdistämään hiilinanoputket. Neljän terminaalin elektronikuljetuslaskut osoittavat, että Cr-, Mo- ja W-linkkeriatomit voimistavat hiilinanoputkiliitosten johtavuutta samalla tavalla. Johtavuuden kasvu liittyy vahvaan hybridisaatioon hiili- ja transitiometalliatomien orbitaalien välillä. Toinen lähestymistapa perustuu hiilinanoputkien funktionalisoimiseen molekyyleillä. Vuorovaikutus AuCl4-molekyylien ja hiilinanoputkien välillä johtaa p-tyypin douppausefektiin. Lisäksi tutkitaan hiilinanoputkien douppausta typpihapolla, ja NO3-molekyylit aiheuttavat myös p-tyypin douppausefektin hiilinanoputkissa. Douppausefekti on mielenkiintoisella tavalla suurempi puolijohtavissa hiilinanoputkissa kuin metallisissa. Lisäksi vesimolekyylit NO3-molekyylien lähellä voimistavat douppausefektiä. Elektronien kuljetusta hiilinanoputkiliitosten läpi voidaan kasvattaa douppaamalla hiilinanoputket AuCl4- tai NO3-molekyyleillä, eikä linkkerimolekyyliä tarvita, jos molekyylien konsentraatio hiilinanoputkilla on tarpeeksi suuri. Keskeinen tulos on Fermi-tason kiinnittyminen van Hove -singulariteetteihin ja tasaisiin molekyylitiloihin. Työmme tulokset parantavat myös aikaisempien kokeellisten tutkimusten ymmärtämystä.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8383-4
Sähköinen ISBN978-952-60-8384-1
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • tiheysfunktionaaliteoria, elektronien kuljetus, hiilinanoputket

ID: 32446281