Energy InfrastructureDuas paredes podem bater uma para nanotubos de painéis solares
Resumo
Os engenheiros já sabiam que o tamanho é importante quando se utilizam nanotubos de carbono de parede única pelas suas propriedades eléctricas. Mas até agora, ninguém tinha estudado como os elétrons agem quando confrontados com a estrutura russa em forma de boneca de tubos de paredes múltiplas. Os pesquisadores da Universidade de Rice calcularam o efeito da curvatura dos nanotubos de carbono de parede dupla semicondutores sobre a sua tensão flexoelétrica. Isto afecta o quão adequados podem ser os pares de nanotubos aninhados para aplicações nanoelectrónicas, especialmente fotovoltaicas. A equipa sugere que as suas conclusões se possam aplicar a outros tipos de nanotubos, incluindo o nitreto de boro e
e dissulfureto de molibdénio, por si só ou como híbridos com nanOTubos de carbono. A pesquisa aparece na revista Nano Letters e a equipe sugere que pode ser uma forma muito poderosa de induzir tensão para certas aplicações, escrevem os pesquisadores. Os resultados também podem se aplicar a outros nanotubos. O Gabinete de Pesquisa do Exército e a Quantlab Financial.
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Duas paredes podem bater uma para nanotubos de painéis solares
Um nanotubo poderia ser óptimo para aplicações electrónicas, mas os investigadores relatam novas provas de que dois poderiam ser os melhores.
Os engenheiros já sabiam que o tamanho é importante quando se utilizam nanotubos de carbono de parede única pelas suas propriedades eléctricas. Mas até agora, ninguém tinha estudado como os electrões agem quando confrontados com a estrutura russa em forma de boneca de tubos de paredes múltiplas. Agora, os investigadores calcularam o efeito da curvatura do carbono semicondutor de parede duplananotubosna sua tensão flexoeléctrica, uma medida de desequilíbrio eléctrico entre as paredes interiores e exteriores do nanotubo.
Isto afecta o quão adequados podem ser os pares de nanotubos aninhados para aplicações nanoelectrónicas, especialmente fotovoltaicas.
Num estudo de 2002, o laboratório do teórico Boris Yakobson da Universidade do Arroz revelou como a transferência de carga, a diferença entre pólos positivos e negativos que permite a existência de tensão entre um e outro, escalas linearmente à curvatura da parede do nanotubo. A largura do tubo dita a curvatura, e o laboratório descobriu que quanto mais fino o nanotubo (e portanto maior a curvatura), maior é a tensão potencial. Quando os átomos de carbono se formam planosgraphenea densidade de carga dos átomos de cada lado do plano é idêntica, diz Yakobson. Curvando a folha de grafeno num tubo quebra-se essa simetria, alterando o equilíbrio. Isto cria um dipolo local flexoeléctrico na direcção e proporcional à curvatura, segundo os investigadores, que observaram que a flexoelectricidade do carbono 2D "é um efeito notável mas também bastante subtil".
Mas mais do que uma parede complica muito o equilíbrio, alterando a distribuição de electrões. Nos nanotubos de parede dupla, a curvatura dos tubos interiores e exteriores difere, dando a cada um deles uma folga de banda distinta. Além disso, os modelos mostraram que a tensão flexoeléctrica da parede exterior desloca o intervalo de banda da parede interior, criando um alinhamento de banda escalonado no sistema aninhado.
"A novidade é que o tubo inserido, o 'bebé' (interior) matryoshka tem todos os seus níveis de energia quântica deslocados devido à tensão criada pelo nanotubo exterior", diz Yakobson. A interacção de diferentes curvaturas, diz ele, provoca uma transição de faixa de transição de straddling-to-staggered que ocorre a um diâmetro crítico estimado de cerca de 2,4 nanotubos.
"Esta é uma enorme vantagem para as células solares, essencialmente um pré-requisito para separar cargas positivas e negativas para criar uma corrente",diz Yakobson. "Quando a luz é absorvida, um electrão salta sempre do topo de uma banda de valência ocupada (deixando um buraco 'mais' para trás) para o estado mais baixo de banda de condutância vazia.
"Mas numa configuração escalonada acontecem estar em diferentes tubos, ou camadas", diz ele. "O 'mais' e o 'menos' ficam separados entre os tubos e podem fluir para longe, gerando corrente num circuito".
Os cálculos da equipa também mostram que a modificação das superfícies dos nanotubos com átomos positivos ou negativos poderia criar "tensões substanciais de qualquer um dos sinais" até três volts. "Embora a funcionalização possa perturbar fortemente as propriedades electrónicas denanotubosA equipa sugere que as suas descobertas podem aplicar-se a outros tipos de nanotubos, incluindo nitreto de boro e dissulfureto de molibdénio, por si sós ou como híbridos com nanotubos de carbono.
A investigação teórica aparece em revistaNano Letras. Outros coautores são da Rice and Quantlab Financial.
O Gabinete de Investigação do Exército e a Fundação Robert Welch apoiaram a investigação, que também recebeu apoio computacional do Departamento de Defesa do Programa de Modernização Informática de Alto Desempenho e do Departamento de Energia do Gabinete de Ciência.
Autor: Mike Williams-Rice
Crédito de imagem: Flickr
Este artigo foi publicado anteriormente em Futurity.
