Cel badań/Hipoteza

Nanorurki węglowe posiadają szereg unikalnych własności fizyko-chemicznych. Obecnie jednym z ciekawych kierunków badań jest koncepcja wytwarzania cienkich warstw na bazie nanorurek węglowych. Dzieje się tak głównie ze względu na perspektywy wykorzystania ich np. w optoelektronice (ogniwa słoneczne, fotodetektory), kompozytach (lekkie materiały, dobre przewodniki ciepła), czy sensoryce (czujniki gazów). Celem niniejszego projektu jest wytworzenie cienkich, hybrydowych warstw bazujących na połączeniu nanorurek węglowych i kropek kwantowych oraz charakterystyka ich własności termicznych, optycznych i elektrycznych.

Początkowo planuje się wytworzenie warstw, które będą składać się z samych jednościennych nanorurek węglowych (metalicznych lub półprzewodnikowych). Istotne będzie tutaj opracowanie metody kontroli grubości warstw oraz stopnia upakowania nanorurek. Następnym zadaniem będzie wytworzenie struktur hybrydowych poprzez dodanie do warstw różnego typu nanocząstek (np. Au, CdSe, TiO2). W ogólności poprzez dodanie kropek do warstw nanorurek oczekujemy modyfikacji ich własności termicznych i optoelektronicznych. Planujemy zbadać, jak parametry warstw: grubość, stopień upakowania, czystość i rodzaj użytych kropek wpływają na ich własności.

Metoda badawcza

Zakres badań podzielony jest na dwa etapy: pierwszy dotyczy procedury wytwarzania cienkich warstw na bazie nanorurek, a drugi ich charakteryzacji. W ramach ogólnej koncepcji można wyszczególnić kilka wiodących zadań, które przedstawiają się następująco:

1. Opracowanie i udoskonalanie efektywnej metody wytwarzania gÄ™stych, cienkich warstw nanorurek wÄ™glowych (metodÄ… filtracji próżniowej i osadzania z fazy gazowej) z dokÅ‚adnÄ… kontrolÄ… ich jakoÅ›ci, gruboÅ›ci oraz powierzchni do 1cm² .
2. Opracowanie efektywnej techniki wytwarzania hybryd cienkich warstw nanorurek węglowych z różnego typu nanocząsteczkami (np. Au, CdSe, TiO2).
3. Charakteryzacja wytworzonych warstw przy zastosowaniu podstawowych metod obrazowania AFM oraz SEM, a także poprzez pomiary rozpraszania ramanowskiego, absorpcji, transportu elektronowego oraz pomiary fotoprzewodnictwa.

Dotychczas przeprowadziliśmy wstępne eksperymenty dotyczące wytwarzania i charakteryzacji cienkich warstw nanorurkowych oraz rozpoczęliśmy pierwsze testy wytwarzania warstw metodą filtracji próżniowej.

Wpływ rezultatów

Proponowany projekt ma na celu wytwarzanie cienkich, hybrydowych warstw na bazie nanorurek węglowych w taki sposób, aby można było modyfikować ich własności termiczne, optyczne i elektryczne. W świetle badań cienkich warstw węglowych ścisła kontrola parametrów produkcji i własności jest podejściem nowatorskim. Niektóre z proponowanych w projekcie badań własności warstw były analizowane tylko w wąskim zakresie (przewodnictwo elektryczne czy fotoprzewodnictwo), a zagadnienie przewodnictwa cieplnego tychże warstw nie zostało to do chwili jeszcze opublikowane.

Połączenie umiejętności wytwarzania cienkich warstw z odpowiednią bazą aparaturową pozwoli nam znaleźć się w ścisłej czołówce badań nad cienkimi warstwami na bazie nanorurek węglowych.

Badania objęte niniejszym projektem należą do strategicznych obszarów badawczych i technologicznych Polski: Nowe materiały i technologie. Ponadto podjęty temat badawczy budzi duże zainteresowanie z uwagi na ogromne perspektywy ich zastosowań, m.in. w optoelektronice, kompozytach czy sensorach.