211service.com
Nanodraden geleiden fotostroom
Fotokopieerapparaten, infrarooddetectoren en optische ontvangers in glasvezeltelecommunicatiesystemen zijn allemaal afhankelijk van fotogeleiders: materialen die meer elektrische stroom geleiden wanneer ze aan licht worden blootgesteld. Gemaakt op nanometerschaal, zouden fotogeleiders kunnen leiden tot een verscheidenheid aan kleine opto-elektronische apparaten die mogelijk nuttig kunnen zijn in toekomstige generaties nano-elektronica, chemische sensoren, en uiteindelijk aanwijzingen kunnen geven voor de fabricage van kleine zonnecellen.
Nu Japanse onderzoekers, geleid door Takuzo Aida , een professor in de afdeling scheikunde en biotechnologie aan de Universiteit van Tokyo, hebben een fotogeleider gemaakt van twee verschillende organische moleculen die zichzelf assembleren tot lange, holle nanobuisjes. De nanodraden geleiden in het donker bijna geen stroom, maar als ze met licht worden geraakt, geleiden ze 10.000 keer meer stroom. Dit zou kunnen leiden tot goedkope nanodevices die zichzelf assembleren uit een chemische oplossing.
Om een fotogeleider te maken, is het belangrijk om een verbinding te hebben tussen twee gescheiden lagen: een die lading afgeeft en een andere die deze accepteert. Eerder gemaakte fotogeleiders hebben geen aparte donor- en acceptorlaag op nanometerniveau, zegt Aida. De nieuwe fotogeleider, die de onderzoekers deze week beschrijven Wetenschap , is de eerste die een donor-acceptor heterojunctie op nanoschaal biedt en een fotogeleidende eigenschap vertoont, zegt Aida.
De onderzoekers maken een oplossing van twee organische moleculen, trinitrofluorenon (TNF) en hexabenzocoroneen (HBC), in een oplosmiddel. Wanneer ze deze oplossing blootstellen aan methanoldampen bij 25 °C, assembleren de organische moleculen zichzelf tot 16 nanometer brede holle buizen. De 3 nanometer dikke wanden van de nanobuisjes zijn gemaakt van TNF-lagen, die fungeren als de elektronen-accepterende laag, die de HBC-elektronendonerende laag lamineert.
Als de onderzoekers de fotogeleiders tussen elektroden plaatsen en er spanning op zetten, vloeit er bijna geen stroom. Maar wanneer ze worden verlicht met ultraviolet of zichtbaar licht, geleiden de nanodraden elektriciteit. De elektrische stroom onder verlichting is vier ordes van grootte groter dan die in het donker, zegt Aida. Zo'n grote aan-uit verhouding is erg belangrijk voor opto-elektronische toepassingen.
Op dit moment verandert de geleidbaarheid van de nanodraden als reactie op licht; ze absorberen geen licht om elektrische stroom op te wekken, zoals zonnecellen doen. Maar de gelaagde structuur van de nanobuisjes legt een blauwdruk neer voor het omzetten van licht in elektriciteit, omdat de interface tussen de donor- en acceptorlaag kan worden gezien als een pn-overgang, de basiseenheid van een zonnecel, zegt Frank Würthner , een professor scheikunde aan de universiteit van Würzburg, in Duitsland.
Walter Smith , een fysicus die betrokken is bij onderzoek naar fotogeleiders op nanoschaal aan het Haverford College, noemt het nieuwe werk opwindend omdat het het eerste voorbeeld is van een zelfassemblerend systeem met een goed gedefinieerde scheiding tussen donor- en acceptorlagen. Mensen kunnen heel kleine zonnecellen maken, maar als ze ze zelf kunnen assembleren, zullen de fabricagekosten hopelijk dalen, zegt hij. Zelfassemblage geeft ook buitengewone precisie op atomair niveau bij de relatieve plaatsing van de componenten die met elkaar verbonden zijn om een structuur te vormen.
Een belangrijk voordeel van de methode van de Japanse onderzoekers is dat de moleculen spontaan assembleren wanneer ze worden blootgesteld aan methanoldampen. Het is belangrijk om een externe cue te hebben die zelfassemblage triggert, zegt Smith, omdat we uiteindelijk, wanneer we proberen complexere systemen te bouwen, verschillende cues kunnen gebruiken om de zelfassemblage van verschillende delen van het systeem te starten. Het werk van de Japanse onderzoekers, voegt hij eraan toe, is een grote stap in de richting van het begrijpen van de fundamentele wetenschap van wat zelfassemblage drijft.