과학자들이 간단한 도핑 방법을 사용하여 나노튜브의 특성을 개선합니다.

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예일대학교 연구진에 따르면 이제 탄소 나노튜브의 도핑을 제어할 수 있게 되었습니다. 이 간단한 공정은 튜브의 특성을 최적화하여 결과를 제공하며, 실리콘 하이브리드 에너지 전지를 포함한 다양한 나노 기술과 유연한 전자에서 도핑된 탄소의 유용성을 향상시키는 데 충분히 효과적이라고 합니다.

이번 연구를 이끈 예일대 공학 및 응용과학대학 화학과 안드레 테일러와 닐레이 하자리는 각각 금속 코어를 가진 유기 화합물을 이용해 두 가지 유형의 도핑된 탄소를 생산하는 방법인 메탈로센 기술을 개발했습니다.

액체에 소량의 메탈로센을 CNT 위에 올려놓고 고속으로 회전시키면 액체가 CNT 표면에 균일하게 퍼지고 그 결과 전기적 가치를 높일 수 있는 높은 수준의 도핑이 이루어집니다. 이 방법을 사용한 연구진은 전자가 결핍된 메탈로센, 특히 코발트 코어를 가진 메탈로센으로 도핑하면 기존의 음전하를 띤 전자에 비해 양전하를 띤 전자 정공이 더 많은 CNT로 변환되어 정공을 채우는 것을 발견했습니다. 양전하를 띠기 때문에 이를 p형이라고 합니다. 반면에 전자가 풍부한 메탈로센, 특히 바나듐 코어를 가진 메탈로센을 도핑하면 최종 결과는 전자보다 정공이 적기 때문에 n형이라고도 하는 음전하를 띤 CNT가 됩니다.

이는 n형과 p형의 다양한 도핑을 모두 생성하는 것으로 입증된 최초의 분자군입니다. 박사과정 루이스 가드와 샤오카이를 포함한 연구진은 메탈로세렌의 금속 좌표를 변경함으로써 탄소 나노튜브를 마음대로 n 종류와 p 종류로 만들거나 두 종류 사이를 오갈 수 있음을 보여주었습니다.

이러한 발견은 매우 중요한데, p-변종 도핑은 CNT가 공기와 접촉할 때 자연적으로 발생하기 때문에 널리 사용되고 있지만, 이전의 n-변종 도핑 기술은 도핑 수준이 낮아 디바이스에서 제대로 활용되지 못했습니다. 따라서 예일대 연구팀은 같은 유형의 가장 효과적인 태양 전지에 비해 효율이 450% 이상 높은 n-형 CNT 실리콘 전지를 만들었습니다.

도핑 비율이 높으면 전자 수송이 향상되고 이동성이 향상되며 당연히 더 나은 작동 장치를 만들 수 있습니다. 이러한 연구 결과는 하이브리드 태양전지 효율 향상이라는 목표를 향해 한 걸음 더 나아간 것이므로 이제 우리가 할 수 있는 일은 미래를 기다리는 것뿐입니다.

저자 소개

Chin Trento

Chin Trento는 일리노이 대학교에서 응용 화학 학사 학위를 받았습니다. 그의 교육적 배경은 다양한 주제에 접근할 수 있는 폭넓은 기반을 제공합니다. 그는 Stanford Advanced Materials(SAM)에서 4년 넘게 첨단 소재 관련 글을 쓰고 있습니다. 이 글을 쓰는 주된 목적은 독자들에게 무료이면서도 양질의 자료를 제공하는 것입니다. 그는 독자들이 발견하는 오타, 오류 또는 의견 차이에 대한 피드백을 환영합니다.

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