Andreas_Larsson_och_Daniel_Hedman
Daniel Hedman (vänster), doktorand i tillämpad fysik, och Andreas Larsson, professor och ämnesföreträdare i tillämpad fysik vid Luleå tekniska universitet. Foto: Ted Karlsson. Visa originalbild , Öppnas i nytt fönster/flik

Viktiga framsteg på kolnanorör

Publicerad: 27 november 2015

Kolnanomaterial har stor potential att användas som elektriska ledare eller halvledare, men än så länge har tillverkningen varit svår att styra. Forskare vid Luleå tekniska universitet, Umeå universitet och Chalmers kan nu visa på nya rön gällande framställning av kolnanorör. Resultaten presenteras i Natures välrenommerade tidskrift Scientific Reports.

– Hypen runt kolnanomaterial handlar om att kunna skräddarsy ett nanomaterial med utmärkta elektriska egenskaper för att konstruera allt från elektriskt ledande trådar som är bättre än koppar, till halvledande transistorer som har bättre egenskaper än kisel. Problemet med kolnanorör är att det vid tillverkning uppstår en blandning av olika rör med olika egenskaper, vilket gör att den tänkta funktionen går förlorad, säger Andreas Larsson, professor i tillämpad fysik vid Luleå tekniska universitet.

Stabila kolnanorör dominerar

Det forskarna i Luleå, Umeå och Göteborg nu lyckats med är att med hjälp av experiment och teoretiska beräkningar bättre kunna förstå vad som händer vid framställning av kolnanorör. Och resultaten överraskade.

– 20 forskargrupper har analyserat över 70 försök med tillverkning av kolnanorör. Målet har varit att skapa en så enhetlig produkt som möjligt med endast en typ av kolnanorör som har de egenskaper som behövs för den tänkta tillämpningen. Experimenten har jämförts med kvantmekaniska datorsimuleringar av alla kolnanorör med en diameter mellan 0,6 och 1,3 nanometer. Till vår förvåning fann vi att de kolnanorör som dominerade produkten i alla dessa experiment var de mest stabila i just detta spann. Det är något som tidigare avvisats eftersom energiskillnaderna är relativt små, säger Daniel Hedman, doktorand i tillämpad fysik vid Luleå tekniska universitet.

figure1_new.jpg
Relativa energier för alla kolnanorör med en diameter mellan 0,5 och 1,4 nanometer, de kolnanorör som hör till samma spann (har lika många kolatomer) är sammankopplade med en grå linje. Längst ned på relativa energiaxeln ligger de kolnanorör som är mest stabila inom sitt spann, varje kolnanorör har också en färgkod som motsvarar dess dominans i de experimentella produkterna. Här syns den överraskade och starka korrelationen mellan kolnanorörens relativa energi (dess stabilitet) och dess dominans i de experimentella produkterna.

Analysen visade att diametern på de producerade kolnanorören är direkt kopplad till storleken på de katalytiska metallpartiklar de växer från, det går alltså inte att få nanorör som är bredare än partikeln. Något som är positivt för att få till en mer homogen produkt.

Bättre med rätt temperatur

– Vilka kolnanorör som produceras bestäms av dess stabilitet och det är tillräckligt att kolnanoröret är aningen mer stabil än andra kolnanorör med samma diameter. Vi vet nu att metallkatalyspartikeln anpassar sig och är flexibel för att möjliggöra bildandet av de stabilaste kolnanorören. Det är en viktig parameter vi löst och då kan man gå vidare med andra parametrar för att se hur dessa påverkar produkten. En av dessa är temperatur och vi kunde se att vid hög temperatur blir metallen plastisk, vilket är gynnsamt. Vid låga temperaturer eller när metallen har hög smältpunkt går det tydligt att se att det uppstår fler kolnanorör med sämre stabilitet, säger Andreas Larsson.

Kontakt

Andreas Larsson

Larsson, Andreas - Professor tillika ämnesföreträdare, Ämnesföreträdare

Organisation: Tillämpad fysik, Materialvetenskap, Institutionen för teknikvetenskap och matematik
Telefon: 0920-491848
Rum: E306 - Luleå»
Daniel Hedman

Hedman, Daniel - Forskare, Doktorand

Organisation: Tillämpad fysik, Materialvetenskap, Institutionen för teknikvetenskap och matematik
Telefon: 0920-493094
Rum: E185 - Luleå»