Открытие, сделанное учёными из Университета Северной Дакоты при поддержке Национального института стандартов и технологий (оба — США), продемонстрировало, что гибкость и долговечность плёнок и покрытий из углеродных нанотрубок напрямую связаны с их электронными свойствами. 

Исследование вполне может оказать огромное влияние на развитие гибких электронных устройств, таких как солнечные батареи и носимые сенсоры.

Вертикально ориентированные упорядоченные нанотрубки (фото Edson P. Bellido Sosa).

Группа под руководством Эрика Хобби работает над установлением взаимосвязи между проводимостью тонких плёнок металлических одностенных углеродных нанотрубок и их механической выносливостью. Конечно, самым простым объяснением было бы то, что металлические углеродные нанотрубки проводят заряд лучше, когда касаются друг друга (что обеспечивает и механическое качество плёнки). Однако, как указывает г-н Хобби, есть и другое, менее очевидное объяснение: проводимость и механическая стойкость будут тем выше, чем больший локальный изгиб может выдержать плёнка без изменения её структуры.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.

Плёнок и покрытий из углеродных нанотрубок прежде всего ждут производители гибких прозрачных электродов для электронных устройств, таких как солнечные батареи. Работа показала, что гибкость и механическая стойкость этих плёнок напрямую связаны с их электронными свойствами. По словам Эрика Хобби, это свежая, никем до сих пор не высказанная идея. Всё это позволяет надеяться, что скоро появятся более глубокие исследования, которые смогут полнее ответить на вопросы о причинах происхождения этой взаимосвязи свойств, а также показать наиболее интересные следствия этого эффекта.

Такие изыскания могли бы привести к созданию материала, способного существенно снизить стоимость солнечных батарей, а также дать возможность использовать их в складываемой электронике и производстве верхней одежды. Современные устройства с прозрачными электродами (тачскрины и просто экраны любых мониторов) и солнечные батареи используют индий-оловянный оксид ITO (не забудем, впрочем, и о возрастающей роли тонких плёнок органических проводников). Но индий — драгоценный металл, запасов которого всё меньше, а цена — всё выше. (Впрочем, это неполная оценка недостатков ITO: проводимость ITO пропорциональна его насыщенной желтизне, то есть хочешь прозрачный и не очень жёлтый электрод — примирись с его относительно низкой проводимостью, а это сказывается либо на и без того низкой эффективности тех же солнечных батарей, либо на энергозатратах, как в LCD и букридерах.) Кроме того, ITO хрупок, что, по мнению г-на Хобби, подразумевает невозможность его применения в устройствах, требующих механической гибкости.

Последнее, разумеется, верно, но лишь отчасти. В действительности в случае «гибкого» применения слой ITO наносят на гибкую подложку полиэтилентерефталата, и получающаяся система обладает достаточной гибкостью даже для производства дисплеев, сворачивающихся в трубочку. Так, компания Polymer Vision использует стандартные EPD-панели, изготовленные с использованием ITO, и никаких проблем не знает. А вот сделать гибкую TFT-матрицу и обеспечить надёжность контактов при постоянном сворачивании или складывании — это действительно интересная задача. У Polymer Vision получается, у Plastic Logic — тоже, и хрупкость ITO им совершенно не мешает. Но что есть, то есть, просто это далеко не самый большой недостаток ITO. Альтернатива — органические проводники, но тут, конечно, свои проблемы...

Покрытия же из одностенных углеродных нанотрубок демонстрируют выдающиеся электронные, механические и оптические свойства (прозрачность). Особенно интересно то, что физические свойства таких покрытий могут быть подстроены под конкретные требования путём добавления или удаления относительно небольшого количества нанотрубок.