Получение гетероструктур из наноразмерных структур, заключенных в полимерную матрицу, представляют определенный интерес при создании биосенсоров, солнечных батарей, ионисторов и прочих устройств. Однако до сих пор в таких гетероструктурах наноструктуры были равномерно распределены по всему объему материала, что приводит к потери уникальных физических свойств нанобъектов или к спонтанной агрегации нанобъектов с последующим отслоением от полимерной матрицы. Решением подобной проблемы может стать создание слоистых структур, которые лишены вышеуказанных недостатков.

Коллективом китайских ученых был предложен метод для получения подобного рода структур. Вначале ОУНТ были размещены на сильнолегированной кремниевой подложке, которая выступает в качестве рабочего электрода при электрополимеризации пиррола. После полимеризации полученная «нанофанера» из-за наличия лишь слабых ван-дер-ваальсовых связей без труда отслаивалась от поверхности подложки.

Рис. 1. а) Схематическое изображение электрохимической ячейки для нанесения полипиррола. b) Отслоение полученной пленки от подложки. с,d) Структура полученной пленки.

Полученные пленки небольшой толщины (90 нм) оказались практически полностью прозрачными в видимом диапазоне, но с ростом толщины коэффициент пропускания линейно уменьшался, вместе с экспоненциальным уменьшением удельного сопротивления. Примечательно, что несмотря на маленькую толщину слоя нанотрубок, проводимость полученной пленки оказалась значительно выше таковой у пленки полипиррола (например, при толщине пленки 100 нм проводимость выше в 4 раза). Вполне ожидаемо, что полученные пленки обладают существенной анизотропией проводимости: вдоль направления, совпадающего с направлением нанотрубок, проводимость в 6,5 раз выше, чем в перпендикулярном направлении.

Рис. 2. а) Зависимость коэффициента пропускания от толщины пленки. b) Зависимость удельного сопротивления от толщины пленки.

Одной из потенциальных областей применения полученных пленок является создание химических сенсоров. В частности, известно, что УНТ и полипиррол обладают электрическим откликом на наличие аммиака. Но в отличие от сенсоров на основе чистых УНТ или полипиррола, сенсор на основе полученной гетеростуруктуры оказался более стабильным, а результаты его измерений более воспроизводимые.

Рис. 3. а) Схематическое изображение химического сенсора, полученного авторами статьи, и его фотография (b). с) Микрофотография канала проводимости сенсора. d) Нормированный отклик сенсора от времени. Красный – сенсор на основе ОУНТ/полипиррол (толщина пленки 185 нм), синий – на основе ОУНТ и зеленый – на основе полипиррола (толщина пленки 170 нм). Концентрация аммиака 960 ppm.

Результаты исследований ученые изложили в статье:

Xiaojun Xian, Liying Jiao, Teng Xue, Zhongyun Wu, and Zhongfan Liu Nanoveneers: An Electrochemical Approach to Synthesizing Conductive Layered Nanostructures.  – ACS Nano, Article ASAP. – DOI: 10.1021/nn200566q.