211service.com
Nanodráty vedou fotoproud
Fotokopírky, infračervené detektory a optické přijímače v telekomunikačních systémech s optickými vlákny závisí na fotovodičích – materiálech, které vedou více elektrického proudu, když jsou vystaveny světlu. Fotovodiče vyrobené v nanometrovém měřítku by mohly vést k řadě malých optoelektronických zařízení potenciálně užitečných v budoucích generacích nanoelektroniky, chemických senzorů a případně poskytnout vodítka k výrobě malých solárních článků.
Nyní japonští vědci v čele s Takuzo Aida , profesor na katedře chemie a biotechnologie na Tokijské univerzitě, vyrobili fotovodič ze dvou různých organických molekul, které se samy skládají do dlouhých, dutých nanotrubic. Nanodrátky nevedou ve tmě téměř žádný proud, ale při dopadu světla vedou 10 000krát větší proud. To by mohlo vést k levným nanozařízením, která se sama sestavují z chemického roztoku.
Chcete-li vyrobit fotovodič, je důležité mít spojení mezi dvěma oddělenými vrstvami: jednou, která dodává náboj, a druhou, která jej přijímá. Dříve vyrobené fotovodiče nemají oddělené donorové a akceptorové vrstvy na úrovni nanometrů, říká Aida. Nový fotovodič, který vědci popisují v tomto týdnu Věda , je první, která poskytuje heteropřechod donor-akceptor v nanoměřítku a vykazuje fotovodivé vlastnosti, říká Aida.
Vědci vytvořili roztok dvou organických molekul, trinitrofluorenonu (TNF) a hexabenzokoronenu (HBC), v rozpouštědle. Když tento roztok vystaví parám metanolu při 25 °C, organické molekuly se samy sestaví do dutých trubic o šířce 16 nanometrů. Stěny nanotrubiček o tloušťce 3 nanometrů jsou vyrobeny z vrstev TNF, které fungují jako vrstva přijímající elektrony a laminující vrstvu s donorem elektronů HBC.
Když vědci umístí fotovodiče mezi elektrody a přivedou napětí, neprotéká téměř žádný proud. Ale když jsou osvětleny ultrafialovým nebo viditelným světlem, nanodrátky vedou elektřinu. Elektrický proud při osvětlení je o čtyři řády větší než ve tmě, říká Aida. Takto velký poměr on-off je velmi důležitý pro optoelektronické aplikace.
Právě teď se vodivost nanodrátů mění v reakci na světlo; neabsorbují světlo, aby generovaly elektrický proud, jako to dělají solární články. Ale vrstvená struktura nanotrubiček stanoví plán pro přeměnu světla na elektřinu, protože rozhraní mezi donorovou a akceptorovou vrstvou lze považovat za p-n přechod, základní jednotku solárního článku, říká Frank Wurthner , profesor chemie na univerzitě ve Wurzburgu v Německu.
Walter Smith , fyzik zabývající se výzkumem fotovodičů v nanoměřítku na Haverford College, nazývá novou práci vzrušující, protože jde o první příklad samosestavujícího systému s dobře definovaným oddělením mezi donorovými a akceptorovými vrstvami. Lidé jsou schopni vyrobit velmi malé solární články, ale schopnost je sami sestavit doufejme sníží výrobní náklady, říká. Samosestavení také poskytuje mimořádnou přesnost na atomové úrovni v relativním umístění součástí, které se spojují a vytvářejí strukturu.
Důležitou výhodou metody japonských výzkumníků je to, že molekuly se spontánně spojí, když jsou vystaveny výparům metanolu. Je důležité mít externí vodítko, které spouští samosestavení, říká Smith, protože nakonec, když se snažíme vybudovat složitější systémy, můžeme použít různá vodítka k zahájení samosestavení různých částí systému. Dodává, že práce japonských výzkumníků je velkým krokem k pochopení základní vědy o tom, co pohání samosestavení.