Los científicos de Skoltech y sus colegas de Rusia y Finlandia han descubierto una forma no invasiva de medir el grosor de las películas de nanotubos de carbono de pared simple. que puede encontrar aplicaciones en una amplia variedad de campos, desde la energía solar hasta los textiles inteligentes. El artículo fue publicado en la revista Letras de física aplicada .

Un nanotubo de carbono de pared simple (SWCNT) es esencialmente una hoja de grafito de un átomo de espesor que se enrolla en un tubo. Son un alótropo (una forma física) del carbono, al igual que los fullerenos, grafeno diamante, y grafito. Los SWCNT son muy prometedores en diversas aplicaciones industriales, desde células solares y LED hasta láseres ultrarrápidos, electrodos transparentes, y textiles inteligentes.

Todas estas aplicaciones, sin embargo, requieren mediciones bastante precisas del espesor de la película SWCNT y las propiedades ópticas. "El espesor de la película es bastante importante para muchas aplicaciones y generalmente se caracteriza por la cantidad de luz que se puede transferir a través de la película en el rango espectral visible:cuanto mayor es la transparencia, cuanto menor sea el espesor de la película. Sin embargo, El control preciso sobre el espesor de la película y las constantes ópticas es fundamental cuando se necesita diseñar electrodos transparentes eficientes. Por ejemplo, necesitamos conocer el espesor para mejorar las propiedades antirreflectantes de la superficie en base a la capa de ventana transparente SWCNT para células solares. Para estimar y posteriormente utilizar las propiedades mecánicas de las películas SWCNT, necesitamos predecir las dimensiones geométricas de las películas, "dice el profesor Albert Nasibulin, jefe del Laboratorio de Nanomateriales del Centro Skoltech de Fotónica y Materiales Cuánticos

Los métodos existentes para las mediciones de constantes ópticas incluyen la absorción y las espectroscopias de pérdida de energía de electrones, mientras que los parámetros geométricos se pueden determinar mediante microscopía electrónica de transmisión, microscopía electrónica de barrido o microscopía de fuerza atómica. Estos métodos son ineficaces en cuanto a recursos y requieren la preparación de muestras. lo que podría afectar las propiedades mismas de las películas SWCNT que uno está tratando de medir.

Un equipo de investigadores dirigido por Albert Nasibulin de Skoltech y la Universidad Aalto pudo diseñar un sin contacto y técnica universal para la estimación precisa tanto del espesor de la película SWCNT como de sus funciones dieléctricas. Descubrieron una solución para usar elipsometría espectroscópica (SE), un no destructivo, rápido, y técnica de medición muy sensible, para películas SWCNT.

"La elipsometría es un método indirecto que podemos utilizar para determinar los parámetros de la película, y los métodos estándar de procesamiento de datos no siempre son aplicables aquí. A primera vista, una película delgada de nanotubos de carbono es un objeto muy difícil para esta técnica:consiste en muchos millones de tubos individuales y agrupados de tamaño nanométrico orientados aleatoriamente, tiene una fuerte absorción en todo el rango espectral, baja reflexión y anisotropía en sus propiedades ópticas. Sin embargo, el primer autor del artículo, Georgy Ermolaev, un estudiante de un programa de maestría conjunto Skoltech-MIPT, ha encontrado un algoritmo elegante para recuperar el espesor y las constantes ópticas en un solo conjunto de medidas ópticas, "dice Yuriy Gladush, uno de los coautores del artículo.

Los investigadores fabricaron películas SWCNT de espesor y absorción variables entre el 90% y el 45% a 550 nm y determinaron el índice de refracción de banda ancha (250-3300 nm) y el espesor correspondiente de las películas.

"Se esperaba que las propiedades ópticas dependieran de la densidad de empaque de los nanotubos de carbono en la película, pero la sorpresa fue la magnitud de este efecto. Una sola gota de etanol puede comprimir o densificar la película y cambiar el índice de refracción de 1.07 a 1.7, abriendo oportunidades simples para ajustar las propiedades ópticas de las películas SWCNT, ", Añade Albert Nasibulin.

El equipo cree que otros científicos pueden aprovechar su trabajo y, entre otras cosas, utilizan su enfoque más allá del ámbito de los nanotubos de carbono para otros tipos de estas estructuras.