211service.com
Nanotråde leder fotostrøm
Fotokopimaskiner, infrarøde detektorer og optiske modtagere i fiberoptiske telekommunikationssystemer er alle afhængige af fotoledere - materialer, der leder mere elektrisk strøm, når de udsættes for lys. Fremstillet i nanometerskala kan fotoledere føre til en række små optoelektroniske enheder, der potentielt er nyttige i fremtidige generationer af nanoelektronik, kemiske sensorer og i sidste ende give spor til fremstillingen af små solceller.
Nu japanske forskere, anført af Takuzo Aida , en professor i afdelingen for kemi og bioteknologi ved Tokyos Universitet, har lavet en fotoleder af to forskellige organiske molekyler, der selv samles til lange, hule nanorør. Nanotrådene leder næsten ingen strøm i mørke, men når de rammes af lys, leder de 10.000 gange mere strøm. Dette kan føre til billige nanoenheder, der samles selv ud fra en kemisk opløsning.
For at lave en fotokonduktor er det vigtigt at have en forbindelse mellem to adskilte lag: et, der donerer ladning, og et andet, der accepterer det. Tidligere fremstillede fotoledere har ikke separate donor- og acceptorlag på nanometerniveau, siger Aida. Den nye fotokonduktor, som forskerne beskriver i denne uges Videnskab , er den første, der giver en donor-acceptor-heterojunction i nanoskala og udviser en fotoledende egenskab, siger Aida.
Forskerne skaber en opløsning af to organiske molekyler, trinitrofluorenon (TNF) og hexabenzocoronen (HBC), i et opløsningsmiddel. Når de udsætter denne opløsning for methanoldampe ved 25 °C, samler de organiske molekyler sig selv til 16 nanometer brede hule rør. De 3 nanometer tykke vægge af nanorørene er lavet af TNF-lag, der fungerer som det elektron-accepterende lag, der laminerer det HBC-elektrondonerende lag.
Når forskerne placerer fotolederne mellem elektroder og påfører en spænding, flyder der næsten ingen strøm. Men når de belyses med ultraviolet eller synligt lys, leder nanotrådene elektricitet. Den elektriske strøm under belysning er fire størrelsesordener større end den i mørke, siger Aida. Et så stort on-off-forhold er meget vigtigt for optoelektroniske applikationer.
Lige nu ændres nanotrådenes ledningsevne som reaktion på lys; de absorberer ikke lys for at generere elektrisk strøm, som solceller gør. Men den lagdelte struktur af nanorørene fastlægger en plan for omdannelse af lys til elektricitet, fordi grænsefladen mellem donor- og acceptorlagene kan opfattes som et p-n-kryds, den grundlæggende enhed i en solcelle, siger Frank Wurthner , en kemiprofessor ved universitetet i Wurzburg i Tyskland.
Walter Smith , en fysiker involveret i nanoskala fotokonduktorforskning ved Haverford College, kalder det nye arbejde spændende, fordi det er det første eksempel på et selvsamlende system med en veldefineret adskillelse mellem donor- og acceptorlag. Folk er i stand til at lave meget små solceller, men at kunne samle dem selv sænker forhåbentlig fremstillingsomkostningerne, siger han. Selvsamling giver også ekstraordinær præcision på atomniveau i den relative placering af komponenterne, der forbinder hinanden for at danne en struktur.
En vigtig fordel ved de japanske forskeres metode er, at molekylerne spontant samles, når de udsættes for methanoldampe. Det er vigtigt at have en ekstern cue, der udløser selvsamling, siger Smith, for i sidste ende, når vi forsøger at bygge mere komplekse systemer, kan vi bruge forskellige cues til at starte selvsamlingen af forskellige dele af systemet. De japanske forskeres arbejde, tilføjer han, er et stort skridt i retning af at forstå den grundlæggende videnskab om, hvad der driver selvsamling.